DE102011078115A1 - High-temperature energy storage device and method for thermally insulating a high-temperature chamber with a high-temperature energy storage - Google Patents

High-temperature energy storage device and method for thermally insulating a high-temperature chamber with a high-temperature energy storage Download PDF

Info

Publication number
DE102011078115A1
DE102011078115A1 DE102011078115A DE102011078115A DE102011078115A1 DE 102011078115 A1 DE102011078115 A1 DE 102011078115A1 DE 102011078115 A DE102011078115 A DE 102011078115A DE 102011078115 A DE102011078115 A DE 102011078115A DE 102011078115 A1 DE102011078115 A1 DE 102011078115A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
energy storage
temperature
heat exchanger
gas
chamber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE102011078115A
Other languages
German (de)
Inventor
Marc Hanebuth
Uwe Lenk
Sylvio Kosse
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to DE102011078115A priority Critical patent/DE102011078115A1/en
Priority to PCT/EP2012/061186 priority patent/WO2013000708A1/en
Publication of DE102011078115A1 publication Critical patent/DE102011078115A1/en
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/247—Arrangements for tightening a stack, for accommodation of a stack in a tank or for assembling different tanks
    • H01M8/2475—Enclosures, casings or containers of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04014—Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04067—Heat exchange or temperature measuring elements, thermal insulation, e.g. heat pipes, heat pumps, fins
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/249—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells comprising two or more groupings of fuel cells, e.g. modular assemblies
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/0043—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for fuel cells
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2270/00—Thermal insulation; Thermal decoupling
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M2008/1293—Fuel cells with solid oxide electrolytes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

Zum thermischen Isolieren einer Hochtemperaturkammer (12) mit einem darin angeordneten, ein Prozessfrischgas zu Prozessabgas verarbeitenden Hochtemperatur-Energiespeicher wird: – das Prozessfrischgas vorgewärmt, bevor es in die Hochtemperaturkammer (12) eingeleitet wird; – zum Vorwärmen aus der Hochtemperaturkammer (12) austretendes Prozessabgas verwendet, und – das Prozessabgas an der Außenseite der Hochtemperaturkammer (12) entlang geleitet, nachdem das Prozessfrischgas vorgewärmt worden ist.For the thermal insulation of a high-temperature chamber (12) with a high-temperature energy store arranged therein, which converts a fresh process gas into process exhaust gas: - the fresh process gas is preheated before it is introduced into the high-temperature chamber (12); - Process exhaust gas exiting from the high-temperature chamber (12) is used for preheating, and - the process exhaust gas is passed along the outside of the high-temperature chamber (12) after the fresh process gas has been preheated.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hochtemperatur-Energiespeichervorrichtung. Daneben betrifft die Erfindung ein Verfahren zum thermischen Isolieren einer Hochtemperaturkammer mit einem darin angeordneten Hochtemperatur-Energiespeicher. The present invention relates to a high-temperature energy storage device. In addition, the invention relates to a method for thermally insulating a high-temperature chamber with a high-temperature energy storage disposed therein.

Energiespeicher zum Speichern und Abgeben elektrischer Energie sind bspw. für viele mobile Anwendungen von hoher Bedeutung. Während die Speicherkapazität heutiger Energiespeicher zum Speichern elektrischer Energie für den Betrieb kleinerer Geräte wie Mobiltelefone, tragbare Computer, etc. ausreichend ist, sind Energiespeicher zum Speichern elektrischer Energie für größere Anwendungen wie beispielsweise, elektrisch angetriebene Kraftfahrzeuge noch mit Unzulänglichkeiten behaftet, die ihrem kommerziell erfolgreichen Einsatz entgegenstehen. Insbesondere die Speicherkapazität der verwendeten Batterien erfüllt noch nicht die angestrebten Anforderungen. Obwohl beispielsweise Lithiumionenbatterien für die Anwendung etwa in Mobiltelefonen oder Computern gute Ergebnisse erzielen, eignen sie sich für elektrische Kraftfahrzeuge mit ihrem hohen Energiebedarf nur bedingt. Die Speicherkapazität der Lithiumionenbatterien stellt dabei einen begrenzenden Faktor für die Reichweite eines elektrischen Kfz dar. Da die Größe der Batterie im Kraftfahrzeug nicht beliebig gesteigert werden kann, bleibt die Reichweite begrenzt. Energy storage for storing and dispensing electrical energy are, for example, for many mobile applications of great importance. While the storage capacity of today's energy storage is sufficient for storing electrical energy for the operation of smaller devices such as mobile phones, portable computers, etc., energy storage for storing electrical energy for larger applications such as electric powered vehicles still suffers from deficiencies that are their commercially successful application conflict. In particular, the storage capacity of the batteries used does not meet the desired requirements. For example, although lithium ion batteries achieve good results for use in, for example, mobile phones or computers, they are only of limited use for electric vehicles with their high energy requirements. The storage capacity of lithium-ion batteries is a limiting factor for the range of an electric vehicle. Since the size of the battery in the vehicle can not be increased arbitrarily, the range remains limited.

Insbesondere im Kfz-Bereich sind außerdem Systeme bekannt, bei denen die für den Antrieb notwendige Energie in Form von Wasserstoff gespeichert wird. Mittels einer Brennstoffzelle wird der Wasserstoff dann in elektrischen Strom umgewandelt, mit welchem der Motor angetrieben werden kann. Für eine derartige Technologie ist jedoch der Aufbau eines Tankstellennetzes für Wasserstoff notwendig, was die Einführung dieser Technologie teuer macht, insbesondere auch im Hinblick auf die wegen der Explosionsgefahr hohen Sicherheitsanforderungen der Tankstellen. In particular, in the automotive sector systems are also known in which the necessary energy for the drive is stored in the form of hydrogen. By means of a fuel cell, the hydrogen is then converted into electricity, with which the motor can be driven. For such a technology, however, the construction of a hydrogen filling station network is necessary, which makes the introduction of this technology expensive, especially in view of the high because of the risk of explosion safety requirements of gas stations.

Ein neueres Konzept für einen elektrischen Energiespeicher sieht die Verwendung eines Metalls in Verbindung mit einer Luftelektrode vor. Ein derartiger Energiespeicher umfasst in der Regel eine Luftelektrode, die unter Abgabe von Elektronen an den Luftsauerstoff aus diesem Sauerstoffionen erzeugen oder unter Aufnahme von Elektronen von Sauerstoffionen diese durch Neutralisieren ihrer Ladung und Abgabe an die Luft verbrauchen kann, ein auf mindestens einem Redoxpaar basierendes Speichermedium sowie einen zwischen der Luftelektrode und dem Speichermedium angeordneten Festkörperelektrolyten, der in der Lage ist, Sauerstoffionen zwischen den beiden Elektroden zu leiten. Als Feststoffelektrolyt kommt hierbei häufig yttriumstabilisiertes Zirconiumoxid (YSZ) oder scandiumstabilisiertes Zirconiumoxid (ScSZ) zur Anwendung. Derartige Feststoffelektrolyten zeigen eine hochselektive Sauerstoffionenleitung, benötigen jedoch Betriebstemperaturen von typischerweise 600°C oder mehr. Es wurde daher ein Konzept entwickelt, in welchem die gesamte Anordnung von thermischen Isolationsschichten umgeben ist, die sie gegenüber der Umgebung thermisch isolieren. A recent concept for an electrical energy storage device involves the use of a metal in conjunction with an air electrode. Such an energy storage device generally comprises an air electrode which generates oxygen ions from the air oxygen with the release of electrons or can consume them by absorbing electrons from oxygen ions by neutralizing their charge and release to the air, a storage medium based on at least one redox pair, and a solid electrolyte disposed between the air electrode and the storage medium and capable of conducting oxygen ions between the two electrodes. Yttrium-stabilized zirconium oxide (YSZ) or scandium-stabilized zirconium oxide (ScSZ) is frequently used as the solid electrolyte. Such solid electrolytes exhibit highly selective oxygen ion conduction, but require operating temperatures of typically 600 ° C or more. Therefore, a concept has been developed in which the entire assembly is surrounded by thermal insulation layers which thermally insulate them from the environment.

Bei der Verwendung eines derartigen wiederaufladbaren Energiespeichers gibt es neben der Wärmeleitung durch die Isolationsschichten eine weitere Quelle für Wärmeverluste. Der Ursprung hierfür liegt darin, dass für den Betrieb Luft benötigt wird, und somit ein gewisser Volumenstrom durch den Energiespeicher hindurchgeführt werden muss. Insbesondere beim Entladevorgang wird Luftsauerstoff benötigt. Da, wie bereits oben erwähnt, der Energiespeicher aus technischen Gründen bei Temperaturen von typischer Weise mehr als 600°C arbeitet, wird die benötigte Luft vorgeheizt. Von der vorgeheizten Luft reagiert jedoch nur der Sauerstoff, sodass mindestens der Stickstoffanteil wieder aus dem Energiespeicher verdrängt wird. Die warme Abluft durchströmt einen Wärmetauscher, wo sie zum Vorwärmen der Frischluft, also der in den Energiespeicher einzuführenden Luft, herangezogen wird. When using such a rechargeable energy storage, there is in addition to the heat conduction through the insulation layers another source of heat loss. The origin for this is that air is needed for the operation, and thus a certain volume flow must be passed through the energy storage. In particular, when unloading atmospheric oxygen is needed. Since, as already mentioned above, the energy storage works for technical reasons at temperatures of typically more than 600 ° C, the required air is preheated. Of the preheated air, however, only the oxygen reacts, so that at least the nitrogen content is again displaced from the energy storage. The warm exhaust air flows through a heat exchanger, where it is used for preheating the fresh air, so the introduced into the energy storage air.

Es gibt prinzipiell sowohl für den Wärmeverlust über die Isolationsschichten als auch den Wärmeverlust über die durch den Energiespeicher strömende Luft Lösungen, welche die Verluste minimieren können, wobei stets der materielle Aufwand, etwa für die thermischen Isolationsschichten oder die Wärmeübertragung an die vorzuwärmende Luft steigt. There are in principle both for the heat loss through the insulation layers and the heat loss through the air flowing through the energy storage solutions that can minimize the losses, always increasing the material costs, such as the thermal insulation layers or heat transfer to the preheated air.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen thermisch isolierten Energiespeicher zur Verfügung zu stellen, der mit verhältnismäßig geringem Aufwand Wärmeverluste weitgehend vermeidet. It is an object of the present invention to provide a thermally insulated energy storage available that largely avoids heat losses with relatively little effort.

Diese Aufgabe wird durch eine Hochtemperatur-Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 1 sowie ein Verfahren zum thermischen Isolieren einer Hochtemperaturkammer mit einem darin angeordneten Hochtemperatur-Energiespeicher nach Anspruch 11 gelöst. Die abhängigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung. This object is achieved by a high-temperature energy storage device according to claim 1 and a method for thermally insulating a high-temperature chamber having disposed therein a high-temperature energy storage device according to claim 11. The dependent claims contain advantageous embodiments of the invention.

Eine erfindungsgemäße Hochtemperatur-Energiespeichervorrichtung umfasst einen Hochtemperatur-Energiespeicher, welcher ein Prozessfrischgas zu Prozessabgas verarbeitet. Der Hochtemperatur-Energiespeicher ist in einer Hochtemperaturkammer angeordnet. Diese umfasst einen Prozessgaskanal, durch den dem Hochtemperatur-Energiespeicher das Prozessfrischgas zugeführt und das Prozessabgas von dem Hochtemperatur-Energiespeicher abgeführt wird, wenigstens eine Zufuhrkammeröffnung für die Zufuhr von Prozessfrischgas in den Prozessgaskanal und wenigstens eine Abfuhrkammeröffnung für die Abfuhr von Prozessabgas aus dem Prozessgaskanal. Außerhalb der Hochtemperaturkammer ist ein Wärmetauscher angeordnet. Dieser umfasst einen ersten Wärmetauscherkanal, welcher der Zufuhrkammeröffnung zur Zufuhr von vorgewärmtem Prozessfrischgas vorgeschaltet ist, und einen zweiten Wärmetauscherkanal, welcher der Abfuhrkammeröffnung zur Aufnahme von Prozessabgas nachgeschaltet ist. Der zweite Wärmetauscherkanal steht über ein wärmeleitendes Material mit dem ersten Wärmetauscherkanal zum Vorwärmen des Prozessfrischgases in thermischem Kontakt. Außerdem ist der zweite Wärmetauscherkanal derart angeordnet und ausgestaltet, dass das Prozessabgas nach dem Wärmeaustausch mit dem Prozessfrischgas an der Hochtemperaturkammer entlang geleitet wird. Die Hochtemperaturkammer kann hierbei insbesondere von wenigstens einer den Hochtemperatur-Energiespeicher umgebenden thermischen Isolationsschicht gebildet sein. A high-temperature energy storage device according to the invention comprises a high-temperature energy store, which processes a process fresh gas into process exhaust gas. The high-temperature energy storage is arranged in a high-temperature chamber. This includes a process gas channel, supplied by the high-temperature energy storage, the process fresh gas and discharged the process exhaust gas from the high-temperature energy storage is at least one supply chamber opening for the supply of process fresh gas in the process gas duct and at least one discharge chamber opening for the removal of process exhaust gas from the process gas duct. Outside the high temperature chamber, a heat exchanger is arranged. This comprises a first heat exchanger channel, which is connected upstream of the supply chamber opening for supplying preheated process fresh gas, and a second heat exchanger channel, which is connected downstream of the discharge chamber opening for receiving process exhaust gas. The second heat exchanger channel is in thermal contact with the first heat exchanger channel for preheating the process fresh gas via a heat-conducting material. In addition, the second heat exchanger passage is arranged and configured such that the process exhaust gas is conducted along the high-temperature chamber after heat exchange with the process fresh gas. In this case, the high-temperature chamber may in particular be formed by at least one thermal insulation layer surrounding the high-temperature energy store.

Die vorliegende Erfindung koppelt die eingangs erwähnten Verlustquellen, nämlich die Verluste über das Prozessabgas und die Verluste über die bspw. vorhandene(n) Isolationsschicht(en) der Hochtemperaturkammer, indem das bereits durch den Wärmetauscher geleitete Abgas nicht direkt an die Umgebung abgegeben wird, sondern zuerst an der Hochtemperaturkammer entlang geleitet wird. Zwar ist die Temperatur des Prozessabgases nach dem Wärmetausch mit dem Prozessfrischgas deutlich geringer als die Temperatur der Innenseite der Isolationsschicht(en) der Hochtemperaturkammer, jedoch ist sie immer noch deutlich höher als die Temperatur des die Hochtemperaturkammer sonst umgebenden Mediums. Durch das Entlangleiten des Prozessabgases an der Hochtemperaturkammer nach dem Wärmetausch mit dem Prozessfrischgas kann daher die Temperaturdifferenz zwischen der heißen Innenseite der Isolationsschicht(en) und der Außenseite der Isolationsschicht(en) verringert werden, wobei die Restwärme im Abgas genutzt wird, die ansonsten ungenutzt in die Umgebung entlassen würde. Dadurch kann die Anforderung an die Isolationseigenschaften der Isolationsschicht(en) reduziert werden, ohne den Wärmestrom durch die Isolationsschicht(en) an die Umgebung zu erhöhen. Wenn die Restwärme des an der Kammerwand entlangströmenden Abgases nicht zur Reduzierung der thermischen Isolationseigenschaften genutzt wird, kann stattdessen die in der Hochtemperaturkammer herrschende hohe Temperatur im Vergleich zum Stand der Technik, in dem kein Entlangleiten des Abgases an der Hochtemperaturkammer erfolgt, mit vermindertem Wärmeeintrag in die Kammer aufrecht erhalten werden. The present invention couples the losses mentioned above, namely the losses on the process exhaust gas and the losses on the example. Existing insulation layer (s) of the high-temperature chamber by the already passed through the heat exchanger exhaust gas is not discharged directly to the environment, but first passed along the high temperature chamber. Although the temperature of the process exhaust gas after the heat exchange with the process fresh gas is significantly lower than the temperature of the inside of the insulating layer (s) of the high-temperature chamber, it is still significantly higher than the temperature of the medium otherwise surrounding the high-temperature chamber. By passing along the process exhaust gas at the high-temperature chamber after the heat exchange with the process fresh gas, therefore, the temperature difference between the hot inside of the insulating layer (s) and the outside of the insulating layer (s) can be reduced, using the residual heat in the exhaust gas, which is otherwise unused the environment would be dismissed. Thereby, the requirement for the insulating properties of the insulating layer (s) can be reduced without increasing the heat flow through the insulating layer (s) to the environment. If the residual heat of the flowing along the chamber wall exhaust gas is not used to reduce the thermal insulation properties, instead prevails in the high-temperature chamber high temperature compared to the prior art, in which there is no Entklleiten the exhaust gas at the high-temperature chamber, with reduced heat input in the Chamber be maintained.

Insbesondere erlaubt es die vorliegende Erfindung, im Wärmetauscher entgegen der Intuition eine kleinere Wärmetauscherfläche vorzusehen, als für einen ausgeglichenen Wärmehaushalt in der Hochtemperaturkammer ohne Entlangleiten des Restwärme enthaltenden Prozessabgases nötig wäre. Überraschender Weise hat sich nämlich herausgestellt, dass die dann in dem Prozessabgas enthaltene Restwärme durch das Entlangleiten an der Hochtemperaturkammer dort zu einer Wärmeersparnis führt, die den verringerten Wärmeaustausch im Wärmetauscher kompensiert. Daher ist insgesamt eine billigere Hochtemperatur-Energiespeichervorrichtung möglich. Außerdem wird das mögliche Einsatzspektrum erweitert, da die erfindungsgemäße Hochtemperatur-Energiespeichervorrichtung mehrere Anwendungsszenarien bedienen kann, ohne dass eine Umkonstruktion nötig ist. In particular, the present invention allows to provide a smaller heat exchanger surface in the heat exchanger contrary to the intuition, as would be necessary for a balanced heat balance in the high-temperature chamber without Entklleiten the residual heat-containing process exhaust gas. Surprisingly, it has been found that the residual heat then contained in the process exhaust gas leads to a saving of heat there by passing along the high-temperature chamber, which compensates for the reduced heat exchange in the heat exchanger. Therefore, a cheaper high-temperature energy storage device is possible overall. In addition, the possible range of use is expanded, since the high-temperature energy storage device according to the invention can serve a plurality of application scenarios, without the need for reconfiguration.

Ein Anwendungsfall ist beispielsweise das sog. Peak-shaving, in dem der Energiespeicher quasi rund um die Uhr aktiv ist, wobei relativ häufig zwischen dem Lademodus und dem Entlademodus umgeschaltet wird. Bei Energiespeichern nach Stand der Technik wäre in diesem Anwendungsfall insbesondere ein großer Wärmetauscher vorteilhaft, weil eine große Wärmemenge über das Prozessabgas verloren geht. Im erfindungsgemäßen Hochtemperatur-Energiespeicher reicht dagegen ein im Vergleich zum Stand der Technik kleinerer Wärmetauscher aus, da mithilfe der nach dem Wärmetauscher im Prozessabgas noch enthaltenden Restwärme die Wärmeverluste über die Kammerwand oder die Isolationsschicht(en) vermindert werden können, so dass mit der Erfindung auch diese sonst ungenutzte Restwärme zur Verminderung von Wärmeverlusten genutzt wird. One application is, for example, the so-called peak-shaving, in which the energy storage is virtually active around the clock, with relatively frequent switching between the charge mode and the discharge mode. In the case of energy storage devices according to the prior art, in this case in particular a large heat exchanger would be advantageous because a large amount of heat is lost via the process exhaust gas. On the other hand, in the high-temperature energy store according to the invention, a smaller heat exchanger is sufficient compared to the prior art since the heat losses via the chamber wall or the insulating layer (s) can still be reduced by means of the residual heat still remaining in the process exhaust gas after the heat exchanger, so that with the invention also This otherwise unused residual heat is used to reduce heat losses.

Im zweiten Anwendungsfall ist der Energiespeicher nur eine kurze Zeitspanne pro Tag aktiv und sonst im Standby-Zustand. Während des Standby-Zustandes gibt es jedoch nur geringe Mengen Prozessabgas, sodass über den Abgasstrom auch nur eine geringe Wärmemenge verloren geht. Es ist dagegen eine gute thermische Isolierung notwendig, um den Verlust von Wärme im Inneren der Hochtemperaturkammer so weit wie möglich zu vermeiden. Beim Wiederanfahren des Energiespeichers aus dem Standby-Modus muss dann die verloren gegangene Wärmemenge wieder zugeführt werden, beispielsweise über das Prozessfrischgas oder eine zusätzliche Heizung. Wenn wie im erfindungsgemäßen Hochtemperatur-Energiespeicher das Prozessabgas nach dem Wärmeaustausch mit dem Prozessfrischgas an der Hochtemperaturkammer entlang geleitet wird, steigt beim Wiederanfahren nicht nur die Temperatur an der Innenseite der Isolationsschicht(en), sondern auch die Temperatur an der Außenseite der Isolationsschicht(en), was dazu führt, dass im Vergleich zum Stand der Technik mit schlechteren Isolationsschichten ein Wiederaufheizen der Kammer mit derselben Geschwindigkeit wie im Stand der Technik möglich ist. In the second application, the energy storage is only active for a short period of time per day and otherwise in standby mode. During the standby state, however, there are only small amounts of process gas, so that only a small amount of heat is lost via the exhaust gas flow. On the other hand, good thermal insulation is necessary to avoid the loss of heat inside the high-temperature chamber as much as possible. When restarting the energy storage from the standby mode then the lost amount of heat must be supplied again, for example via the process fresh gas or additional heating. When, as in the high-temperature energy storage device according to the invention, the process exhaust gas is conducted along the high-temperature chamber after the heat exchange with the process fresh gas, not only the temperature on the inside of the insulation layer (s) but also the temperature on the outside of the insulation layer (s) increase when restarting. , which leads to worse than the prior art Insulation layers, a reheating of the chamber at the same speed as in the prior art is possible.

Der Hochtemperatur-Energiespeicher der erfindungsgemäßen Hochtemperatur-Energiespeichervorrichtung kann insbesondere eine erste Elektrode umfassen, die derart mit dem Prozessgaskanal in Verbindung steht, dass das Prozessfrischgas an ihr entlang geleitet werden kann, wobei das Prozessabgas entsteht. Die erste Elektrode umfasst ein Material, das unter Abgabe von Elektronen an einen Bestandteil des Prozessfrischgases Anionen aus diesem Bestandteil erzeugen oder unter Aufnahme von Elektronen von Anionen diese durch Neutralisieren ihrer Ladung und Abgabe an das Prozessabgas verbrauchen kann. Statt ein solches Material zu umfassen, kann die erste Elektrode insbesondere auch vollständig aus einem solchen Material bestehen. Der Hochtemperatur-Energiespeicher umfasst dann außerdem eine zweite Elektrode sowie einen zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode angeordneten, Anionen leitenden Elektrolyten. Die zweite Elektrode ist durch ein Redoxpaar gebildet, welches ein Oxidationsedukt und ein Oxidationsprodukt umfasst, oder steht mit einem solchen Redoxpaar in Kontakt. Das Redoxpaar kann beispielsweise von einem Metall und seinem Oxid oder zwei unterschiedlichen Oxidationsstufen eines Metalls gebildet sein. Derartige Hochtemperatur-Energiespeicher sind zur Verwendung in der erfindungsgemäßen Hochtemperatur-Energiespeichervorrichtung besonders geeignet. The high-temperature energy store of the high-temperature energy storage device according to the invention may, in particular, comprise a first electrode which communicates with the process gas channel in such a way that the process fresh gas can be conducted along it, producing the process exhaust gas. The first electrode comprises a material which, when emitting electrons to a constituent of the process fresh gas, generates anions from that constituent or can consume them by absorbing electrons from anions by neutralizing their charge and delivering it to the process exhaust gas. In particular, instead of comprising such a material, the first electrode can also be made entirely of such a material. The high-temperature energy store then also comprises a second electrode and an anion-conducting electrolyte arranged between the first electrode and the second electrode. The second electrode is formed by a redox couple comprising an oxidation product and an oxidation product, or is in contact with such a redox couple. The redox couple can be formed, for example, by a metal and its oxide or two different oxidation states of a metal. Such high-temperature energy storage devices are particularly suitable for use in the high-temperature energy storage device according to the invention.

Die erfindungsgemäße Hochtemperatur-Energiespeichervorrichtung kann einen Behälter umfassen, der die Hochtemperaturkammer derart mit Abstand umgibt, dass zwischen der Hochtemperaturkammer und dem Behälter ein Zwischenvolumen vorhanden ist. Das Zwischenvolumen ist dann mit der Abfuhrkammeröffnung derart unmittelbar oder mittelbar verbunden, dass es von dem Prozessabgas durchströmt wird. Der Wärmetauscher kann dabei insbesondere auch im Inneren des Behälters angeordnet sein. In diesem Fall kann das Prozessabgas nach dem Wärmeaustausch mit dem Prozessfrischgas auch den Wärmetauscher umströmen um so Wärmeverluste des Wärmetauschers an die Umgebung durch Wärmeströme, die nicht zum Vorwärmen des Prozessfrischgases herangezogen werden können und die daher ungenutzt in die Umgebung entweichen würden, zu verringern. The high-temperature energy storage device according to the invention may comprise a container which surrounds the high-temperature chamber at a distance such that an intermediate volume exists between the high-temperature chamber and the container. The intermediate volume is then connected directly or indirectly to the discharge chamber opening in such a way that the process exhaust gas flows through it. The heat exchanger can be arranged in particular also in the interior of the container. In this case, after the heat exchange with the process fresh gas, the process exhaust gas can also flow around the heat exchanger so as to reduce heat losses of the heat exchanger to the environment through heat flows which can not be used for preheating the process fresh gas and which would therefore escape into the environment unused.

Wenn der Wärmetauscher innerhalb des Behälters angeordnet ist, besteht außerdem die Möglichkeit, die Hochtemperatur-Energiespeichervorrichtung konstruktiv einfach zu halten, indem das Zwischenvolumen den zweiten Wärmetauscherkanal bildet und der erste Wärmetauscherkanal durch einen sich durch das Zwischenvolumen erstreckenden Durchgangskanal gebildet ist, der beispielsweise als mäanderförmiges Rohr ausgebildet sein kann. Alternativ kann das Zwischenvolumen aber auch den zweiten Wärmetauscherkanal in Wärmetauscher strömungstechnisch nachgeschaltet sein. If the heat exchanger is arranged inside the container, it is also possible to constructively keep the high-temperature energy storage device simple in that the intermediate volume forms the second heat exchanger channel and the first heat exchanger channel is formed by a through passage extending through the intermediate volume, for example as a meandering tube can be trained. Alternatively, the intermediate volume but also the second heat exchanger channel in the heat exchanger downstream flow.

Der Wärmetauscher kann außerhalb des Behälters angeordnet sein. In diesem Fall umfasst der Behälter einen zwischen dem ersten Wärmetauscherkanal und der Zufuhrkammeröffnung angeordneten ersten Durchleitkanal zum Durchleiten vorgewärmten Prozessfrischgases vom Wärmetauscher zur Hochtemperaturkammer sowie einen zwischen dem zweiten Wärmetauscherkanal und der Abfuhrkammeröffnung angeordneten zweiten Durchleitkanal zum Durchleiten von Prozessabgas von der Hochtemperaturkammer zum Wärmetauscher. Das Zwischenvolumen zwischen der Hochtemperaturkammer und dem Behälter umfasst dann eine Eingangsöffnung, in die der Ausgang des zweiten Wärmetauscherkanals mündet und eine zur Umgebung des Behälters hin offene Ausgangsöffnung. Das heiße Prozessabgas wird dann durch den zweiten Durchleitkanal von der Hochtemperaturkammer zur Wärmetauscher geleitet. Nach dem Durchströmen des Wärmetauschers durchströmt das Restwärme enthaltende Prozessabgas das Zwischenvolumen, bevor es über die Ausgangsöffnung des Behälters schließlich an die Umgebung abgegeben wird. The heat exchanger can be arranged outside the container. In this case, the container includes a first passageway disposed between the first heat exchange passage and the supply chamber opening for passing preheated process fresh gas from the heat exchanger to the high temperature chamber and a second passageway disposed between the second heat exchange passage and the discharge chamber opening for passing process exhaust gas from the high temperature chamber to the heat exchanger. The intermediate volume between the high-temperature chamber and the container then comprises an inlet opening into which opens the outlet of the second heat exchanger channel and an outlet opening open towards the environment of the container. The hot process exhaust gas is then passed through the second passage from the high temperature chamber to the heat exchanger. After flowing through the heat exchanger, the residual heat-containing process exhaust gas flows through the intermediate volume before it is finally discharged via the outlet opening of the container to the environment.

Unabhängig davon, ob der Wärmetauscher in dem Behälter oder außerhalb des Behälters angeordnet ist, besteht die Möglichkeit in dem Behälter zwei oder mehr Hochtemperaturkammern anzuordnen. Regardless of whether the heat exchanger is arranged in the container or outside the container, it is possible to arrange two or more high-temperature chambers in the container.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren zum thermischen Isolieren einer Hochtemperaturkammer mit einem darin angeordneten, ein Prozessfrischgas zu Prozessabgas verarbeitenden Hochtemperatur-Energiespeicher wird das Prozessfrischgas vorgewärmt, bevor es in die Hochtemperaturkammer eingeleitet wird. Zum Vorwärmen wird aus der Hochtemperaturkammer austretendes Prozessabgas verwendet. Das Prozessgas wird an der Außenseite der Hochtemperaturkammer entlang geleitet, nachdem das Prozessfrischgas vorgewärmt worden ist. In the method according to the invention for thermally insulating a high-temperature chamber with a high-temperature energy store that processes a process fresh gas into process exhaust gas, the process fresh gas is preheated before it is introduced into the high-temperature chamber. For preheating emerging from the high temperature chamber process exhaust gas is used. The process gas is directed along the outside of the high temperature chamber after the process fresh gas has been preheated.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Nutzung der nach dem Vorwärmen des Prozessfrischgases noch im Prozessabgas vorhandenen Restwärme zum Vermindern des Temperaturgradienten zwischen der Innenseite der Hochtemperaturkammer und der Außenseite der Hochtemperaturkammer. Dadurch kann eine thermische Isolation der Hochtemperaturkammer mit im Vergleich zum Stand der Technik verringerter Wärmetauscherfläche und/oder im Vergleich zum Stand der Technik verringerter Isolierung der Kammerwand erzielt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich insbesondere mit der erfindungsgemäßen Hochtemperatur-Energiespeicheranordnung umsetzen. Die mit Bezug auf die Hochtemperatur-Energiespeicheranordnung beschriebenen Vorteile wohnen daher zumindest teilweise auch dem erfindungsgemäßen Verfahren inne. The method according to the invention makes it possible to utilize the residual heat still present in the process exhaust gas after preheating the process gas for reducing the temperature gradient between the inside of the high-temperature chamber and the outside of the high-temperature chamber. As a result, thermal insulation of the high-temperature chamber can be achieved with a reduced heat exchanger surface area compared to the prior art and / or reduced insulation of the chamber wall compared with the prior art. The inventive method can be particularly with the inventive Implement high-temperature energy storage device. The advantages described with reference to the high-temperature energy storage arrangement are therefore at least partially inherent in the method according to the invention.

Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren. Further features, properties and advantages of the present invention will become apparent from the following description of embodiments with reference to the accompanying figures.

1 zeigt ein Beispiel für den Energiespeicher einer erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung in einer stark schematisierten Darstellung. 1 shows an example of the energy storage of an energy storage device according to the invention in a highly schematic representation.

2 zeigt eine Prinzipskizze der erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung. 2 shows a schematic diagram of the energy storage device according to the invention.

3 zeigt eine erste Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung. 3 shows a first embodiment of the energy storage device according to the invention.

4 zeigt eine zweite Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung. 4 shows a second embodiment of the energy storage device according to the invention.

5 zeigt eine dritte Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung. 5 shows a third embodiment of the energy storage device according to the invention.

Ein Beispiel für einen Energiespeicher, wie er in der erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung zum Einsatz kommen kann, ist stark schematisiert in 1 dargestellt. Im Rahmen des Ausführungsbeispiels wird ein Energiespeicher beschrieben, der mit einem Metall und einem Metalloxid als Redoxpaar ausgestattet ist und bei dem die Oxidation mit Hilfe von Luftsauerstoff durchgeführt wird. Es sei an dieser Stelle aber darauf hingewiesen, dass das Redoxpaar nicht notwendigerweise ein Metall und ein Metalloxid umfassen muss, sondern beispielsweise zwei Metalloxide mit unterschiedlichen Oxidationsstufen oder ein nichtmetallisches Oxidationsedukt umfassen kann. Ebenso braucht das Oxidationsmittel nicht notwendiger Weise Luftsauerstoff zu sein. Auch andere Anionen bildende Gase oder Flüssigkeiten können zur Oxidation herangezogen werden. Statt zweifach negativ geladener Sauerstoffionen erfolgt die Oxidation dann anhand eines anderen einfach oder mehrfach negativ geladenen Ions, beispielsweise CO3 2– oder PO4 3–. Zudem können auch andere Anionen bildende Elemente oder An example of an energy store, as it can be used in the energy storage device according to the invention, is highly schematic in FIG 1 shown. In the context of the embodiment, an energy store is described, which is equipped with a metal and a metal oxide as a redox couple and in which the oxidation is carried out with the aid of atmospheric oxygen. It should be noted at this point, however, that the redox couple does not necessarily comprise a metal and a metal oxide, but may comprise, for example, two metal oxides with different oxidation states or a non-metallic oxidation reactant. Likewise, the oxidant does not necessarily need to be atmospheric oxygen. Other anions forming gases or liquids can be used for oxidation. Instead of doubly negatively charged oxygen ions, the oxidation then takes place on the basis of another singly or multiply negatively charged ion, for example CO 3 2- or PO 4 3- . In addition, other anion-forming elements or

Verbindungen, etwa Fluor oder Chlor sowie Fluor- oder Chlorverbindungen, zur Oxidation herangezogen werden. Allerdings ist Luftsauerstoff als Oxidationsmittel besonders geeignet, da er überall reichlich vorhanden ist und die Umwelt nicht belastet. Compounds, such as fluorine or chlorine and fluorine or chlorine compounds, are used for the oxidation. However, atmospheric oxygen is particularly suitable as an oxidizing agent because it is abundant everywhere and does not pollute the environment.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst der Energiespeicher 1 eine erste Elektrode 3, die so angeordnet ist, dass Luft an ihr entlang geleitet werden kann. Sie umfasst ein Material, welches unter Abgabe von Elektronen Sauerstoffionen O2– aus dem Luftsauerstoff erzeugt und zudem in der Lage ist, die Sauerstoffionen zu leiten. Außerdem kann das Material Sauerstoffionen verbrauchen, indem es unter Aufnahme von Elektronen aus den Sauerstoffionen O2– molekularen Sauerstoff bildet und an das Prozessabgas abgibt. Die Anforderungen an Material und Struktur sowie technische Lösungen sind aus dem Stand der Technik bezüglich Hochtemperatur-Brennstoffzellen (engl. Solid Oxide Fuel Cell, SOFC) bekannt. Ein Beispiel für ein die Anforderungen erfüllendes Material ist bspw. Lanthan-Strontium-Manganit, kurz LSM. In the present exemplary embodiment, the energy store comprises 1 a first electrode 3 , which is arranged so that air can be passed along it. It comprises a material which generates oxygen ions O 2- from the oxygen in the air and is also capable of conducting the oxygen ions. In addition, the material can consume oxygen ions by forming O 2 molecular oxygen by taking up electrons from the oxygen ions and delivering it to the process exhaust gas. The requirements of material and structure as well as technical solutions are known from the prior art regarding high-temperature solid oxide fuel cells (SOFCs). An example of a material meeting the requirements is, for example, lanthanum strontium manganite, LSM for short.

Der Energiespeicher umfasst eine zweite Elektrode 5, die aus einem Redoxpaar besteht. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst das Redoxpaar als Oxiadationsedukt ein Metall, etwa Eisen (Fe), Kupfer (Cu), Nickel (Ni), Vanadium (V), etc., welches von den Sauerstoffionen unter Freisetzung der in den Ionen enthaltenen überschüssigen Elektronen zum Oxidationsprodukt des Redoxpaares oxidiert wird. Dieses wird wiederum bei Zufuhr von Elektronen unter Bildung von Sauerstoffionen zum Oxidationsedukt reduziert. Je nach Ladezustand des Energiespeichers besteht die zweite Elektrode aus Metall (Oxidationsedukt), Metalloxid (Oxidationsprodukt) oder einem Gemisch aus Metall und Metalloxid. The energy store comprises a second electrode 5 which consists of a redox couple. In the present embodiment, the redox couple as Oxiadationsedukt comprises a metal such as iron (Fe), copper (Cu), nickel (Ni), vanadium (V), etc., which of the oxygen ions to release the excess electrons contained in the ions to the oxidation product of the redox couple is oxidized. This in turn is reduced upon addition of electrons to form oxygen ions to Oxidationsedukt. Depending on the state of charge of the energy store, the second electrode consists of metal (Oxidationsedukt), metal oxide (oxidation product) or a mixture of metal and metal oxide.

Alternativ kann die zweite Elektrode 5 auch aus einem Material bestehen, das unter Abgabe von Elektronen Sauerstoffionen erzeugen oder unter Aufnahme von Elektronen Sauerstoffionen verbrauchen kann und das Sauerstoffionen leitet. Die zweite Elektrode steht dann mit dem Redoxpaar unmittelbar oder mittelbar in Verbindung. Falls sie mittelbar mit dem Redoxpaar in Verbindung steht, ist es möglich, zum Oxidieren und Reduzieren des Redoxpaares (im Folgenden erstes Redoxpaar genannt) ein zweites Redoxpaar zu verwenden, das ein zweites Oxidationsedukt und ein zweites Oxidationsprodukt umfasst und das mit dem ersten Redoxpaar und der zweiten Elektrode in Kontakt steht. Das zweite Oxidationsprodukt kann an dem Metall (oder einem anderen Oxidationsedukt) unter Erzeugung von Metalloxid (oder einem anderen Oxidationsprodukt) zu dem zweiten Oxidationsedukt reduziert werden, und das zweite Oxidationsedukt kann an dem Metalloxid unter Reduktion des Metalloxids zu Metall zu dem zweiten Oxidationsprodukt oxidiert werden. Das zweite Oxidationsedukt kann außerdem an der zweiten Elektrode mittels der Anionen unter Abgabe der Elektronen von den Anionen an die zweite Elektrode zu dem zweiten Oxidationsprodukt oxidiert werden. Ebenso kann das zweite Oxidationsprodukt bei Zufuhr von Elektronen an die zweite Elektrode an der dieser zu dem zweiten Oxidationsedukt reduziert werden, wobei an der zweiten Elektrode mittels der Elektronen Sauerstoffionen generiert werden. Alternatively, the second electrode 5 also consist of a material that generate oxygen ions with the emission of electrons or can consume oxygen ions by taking up electrons and conducts the oxygen ions. The second electrode is then directly or indirectly in communication with the redox couple. If it is indirectly related to the redox couple, it is possible to use a second redox couple comprising a second oxidation product and a second oxidation product to oxidize and reduce the redox pair (hereinafter referred to as the first redox couple), and the second redox couple and the first redox couple second electrode is in contact. The second oxidation product may be reduced on the metal (or other oxidation product) to produce metal oxide (or other oxidation product) to the second oxidation product, and the second oxidation product may be oxidized on the metal oxide to reduce the metal oxide to metal to form the second oxidation product , The second oxidation reactant may also be oxidized at the second electrode by means of the anions, with delivery of the electrons from the anions to the second electrode to the second oxidation product. Likewise, when electrons are supplied to the second electrode, the second oxidation product can be reduced to the second oxidation reactor, oxygen ions being generated at the second electrode by means of the electrons.

Zwischen der Luftelektrode 3 und der Metallelektrode 5 ist eine Elektrolytschicht 7 angeordnet, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Sauerstoffionen transportierende Keramikmembran ist. Sie kann beispielsweise aus einer einzelnen Phase von Zirkoniumoxid hergestellt sein, das mit Skandiumoxid oder Yttriumoxid stabilisiert ist (ScSZ, YSZ). Alternativ können auch Mischungen aus Yttriumoxid, welches mit Zirkoniumoxid dotiert ist, und Yttriumoxid, welches mit Skandiumoxid dotiert ist, zur Anwendung kommen. Between the air electrode 3 and the metal electrode 5 is an electrolyte layer 7 arranged, which is an oxygen ion transporting ceramic membrane in the present embodiment. For example, it may be made from a single phase of zirconia stabilized with scandium oxide or yttria (ScSZ, YSZ). Alternatively, mixtures of yttria doped with zirconia and yttria doped with scandia may also be used.

Beim Entladen des Energiespeichers werden aus der an der Luftelektrode 3 entlang geleiteten Luft Sauerstoffionen O2– gebildet, wobei vom Sauerstoff zur Anionenbildung Elektronen aus dem Material der Luftelektrode aufgenommen werden. Die entstandenen Sauerstoffionen wandern durch die Elektrolytschicht 7 zur Metallelektrode 5, wo sie unter Abgabe von Elektronen das Metall oxidieren. Der dabei in der Metallelektrode entstehende Elektronenüberschuss wird unter Zwischenschaltung von Interkonnektoren und eines elektrischen Verbrauchers 9 an die Luftelektrode 3 geleitet. Wenn das Metall der Metallelektrode 5 vollständig zu Metalloxid oxidiert ist, ist ein weiteres Entladen des Energiespeichers nicht möglich. Die beim Entladevorgang ablaufenden Reaktionen sind in 1 in der oberen Hälfte dargestellt. When discharging the energy storage are from the at the air electrode 3 Oxygen ions O 2- are formed along the guided air, wherein the oxygen for anion formation electrons are taken up from the material of the air electrode. The resulting oxygen ions migrate through the electrolyte layer 7 to the metal electrode 5 where they oxidize the metal with the release of electrons. The resulting in the metal electrode excess of electrons with the interposition of interconnectors and an electrical load 9 to the air electrode 3 directed. When the metal of the metal electrode 5 is completely oxidized to metal oxide, further discharge of the energy storage is not possible. The reactions occurring during the discharge process are in 1 shown in the upper half.

Der Aufladevorgang und die dabei ablaufenden Reaktionen sind in der unteren Hälfte von 1 dargestellt. Zum Laden des Energiespeichers wird statt eines elektrischen Verbrauchers eine Stromquelle 11 über die Interkonnektoren an die Elektroden 3, 5 angeschlossen, wobei der negative Pol mit der Metallelektrode und der positive Pol mit der Luftelektrode verbunden wird. Durch die aufgrund der angelegten Spannung zur Metallelektrode fließenden Elektronen wird das Metalloxid reduziert, wobei Sauerstoffionen gebildet werden, die durch die Elektrolytschicht 7 zur Luftelektrode 3 wandern. In der Luftelektrode 3, die mit dem positiven Pol der Stromquelle 11 verbunden ist, werden die Elektronen von den Sauerstoffionen abgegeben, sodass sich molekularer Sauerstoff bildet, der von der Luftelektrode 3 an die Umgebung abgegeben wird. Wenn das Metalloxid der Metallelektrode 5 vollständig zu Metall reduziert ist, ist ein weiteres Aufladen des Energiespeichers nicht möglich. The charging process and the resulting reactions are in the lower half of 1 shown. To charge the energy storage instead of an electrical consumer is a power source 11 via the interconnectors to the electrodes 3 . 5 connected, wherein the negative pole to the metal electrode and the positive pole is connected to the air electrode. By the electrons flowing due to the applied voltage to the metal electrode, the metal oxide is reduced to form oxygen ions passing through the electrolyte layer 7 to the air electrode 3 hike. In the air electrode 3 connected to the positive pole of the power source 11 is connected, the electrons are released from the oxygen ions, so that forms molecular oxygen, that of the air electrode 3 is delivered to the environment. When the metal oxide of the metal electrode 5 is completely reduced to metal, further charging the energy storage is not possible.

Wenn das Oxidieren und Reduzieren des ersten Redoxpaares unter Zwischenschaltung eines zweite Redoxpaares erfolgt, das mit der zweiten Elektrode und mit dem ersten Redoxpaar in Verbindung steht, erfolgt beim Entladen des Energiespeichers das Oxidieren des Metalls mittels des zweiten Oxidationsprodukts, das dabei selbst reduziert wird. Das dabei entstehende zweite Oxidationsedukt wird an der zweiten Elektrode unter Verwendung der an der ersten Elektrode unter Verbrauch von Elektronen gebildeten Sauerstoffionen O2– dann wieder zu dem zweiten Oxidationsprodukt oxidiert, wobei die aus den Sauerstoffionen O2– frei werdenden Elektronen an die zweite Elektrode abgegeben und von dort aufgrund der zwischen der ersten und der zweiten Elektrode entstehenden Potentialdifferenz über den Verbraucher 9 zu ersten Elektrode zurückgeleitet werden. Beim Laden des Energiespeichers erfolgt das Reduzieren des Metalloxids mittels des zweiten Oxidationsedukts, das dabei selbst oxidiert wird. Das dabei entstehende zweite Oxidationsprodukt wird an der zweiten Elektrode mittels der von der Stromquelle 11 zur Verfügung gestellten Elektronen unter Bildung on Sauerstoffionen O2– wieder zu dem zweiten Oxidationsedukt reduziert. Die an der zweiten Elektrode gebildeten Sauerstoffionen O2– werden an die erste Elektrode geleitet, wo sie unter Abgabe der überschüssigen Elektroden molekularen Sauerstoff bilden. Diese Elektronen werden von der ersten Elektrode an die Stromquelle 11 geleitet. If the oxidation and reduction of the first redox couple takes place with the interposition of a second redox pair, which is connected to the second electrode and to the first redox pair, the metal oxide is oxidized by means of the second oxidation product when the energy store is discharged, which itself is reduced. The resulting second Oxidationsedukt is then oxidized at the second electrode using the oxygen ions O 2- formed at the first electrode with consumption of electrons back to the second oxidation product, wherein the released from the oxygen ions O 2- released electrons to the second electrode and from there due to the potential difference across the load arising between the first and second electrodes 9 be returned to the first electrode. When the energy store is charged, the reduction of the metal oxide takes place by means of the second oxidation educt, which itself is oxidized. The resulting second oxidation product is at the second electrode by means of the current source 11 provided electrons to form oxygen ions O 2- again reduced to the second Oxidationsedukt. The oxygen ions O 2- formed at the second electrode are conducted to the first electrode, where they form molecular oxygen while discharging the excess electrodes. These electrons are transferred from the first electrode to the power source 11 directed.

Häufig umfassen Energiespeicher Zellenstapel aus elektrisch in Serie geschalteten und mittels der Interkonnektoren miteinander verbundenen Energiespeicherzellen. In einem solchen Zellenstapel entspricht jede Energiespeicherzelle einem mit Bezug auf 1 beschriebenen Energiespeicher. Die elektrischen Anschlüsse, mit denen der Verbraucher 9 bzw. die Stromquelle 11 an den Zellenstapel angeschlossen werden können, befinden sich dann an den äußeren Enden des Zellenstapels. Frequently, energy stores comprise cell stacks of energy storage cells electrically connected in series and interconnected by means of the interconnectors. In such a cell stack, each energy storage cell corresponds to one with reference to FIG 1 described energy storage. The electrical connections with which the consumer 9 or the power source 11 can be connected to the cell stack, are then located at the outer ends of the cell stack.

Der Energiespeicher 1 zeigt eine hochselektive Sauerstoffionenleitung bei Betriebstemperaturen von 600°C oder mehr. Er ist daher typischerweise in einer Hochtemperaturkammer angeordnet, die zumeist von einer oder mehreren thermischen Isolationsschichten gebildet ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein Zellenstapel von wenigstens einer thermischen Isolationsschicht unmittelbar umgeben. The energy storage 1 shows a highly selective oxygen ion conduction at operating temperatures of 600 ° C or more. It is therefore typically arranged in a high-temperature chamber, which is usually formed by one or more thermal insulation layers. In the present exemplary embodiment, a cell stack is surrounded directly by at least one thermal insulation layer.

Nachfolgend wird mit Bezug auf 2 das Prinzip beschrieben, auf dem die erfindungsgemäße Energiespeichervorrichtung beruht. In der Figur sind eine einen Energiespeicher enthaltende Hochtemperaturkammer 12, ein Wärmetauscher 13 und ein Gebläse 15 dargestellt. Der in der Hochtemperaturkammer 12 befindliche Energiespeicher kann insbesondere ein Energiespeicher sein, wie er mit Bezug auf 1 beschrieben worden ist. Zur Versorgung des Energiespeichers mit Frischluft und zur Entsorgung der Abluft ist in der Hochtemperaturkammer ein Luftkanal als Prozessgaskanal angeordnet. Dieser Luftkanal ist in den Figuren unter der Bezugsziffer 12a schematisch dargestellt. Über eine Zufuhrkammeröffnung 12b kann dem Prozessgaskanal 12a Frischluft zugeführt werden. Die Abfuhr der Abluft erfolgt über eine Abfuhrkammeröffnung 12c. Hereinafter, with reference to 2 describes the principle on which the energy storage device according to the invention is based. In the figure, a high-temperature chamber containing an energy storage 12 , a heat exchanger 13 and a fan 15 shown. The one in the high temperature chamber 12 Energy store located in particular may be an energy storage, as with reference to 1 has been described. To supply the energy storage with fresh air and disposal of the exhaust air, an air duct is arranged as a process gas channel in the high-temperature chamber. This air duct is in the figures under the reference numeral 12a shown schematically. Via a supply chamber opening 12b can the process gas channel 12a Fresh air to be supplied. The removal of the exhaust air via a discharge chamber opening 12c ,

Die zum Betrieb des Energiespeichers als Prozessgas benötigte Frischluft tritt über einen Lufteinlass 17 in das Gebläse 15 ein, von wo aus sie über eine Luftleitung 19 an den Wärmetauscher 13 weitergeleitet wird. Im Wärmetauscher 13 wird die Luft mittels Abluft aus dem Energiespeicher, die aufgrund der hohen Temperaturen in der Hochtemperaturkammer 12 nach dem Austritt aus der Kammer als Abluft selbst Temperaturen in der Größenordnung von 600°C aufweist, vorgewärmt. Die vorgewärmte Luft wird über eine weitere Luftleitung 21 in die Hochtemperaturkammer 12 eingeleitet, wo sie mittels des Luftkanals 12a an der Luftelektrode des Energiespeichers entlang geleitet wird. In der Hochtemperaturkammer 12 heizt sich die Luft weiter auf und wird als heiße Abluft über eine Abluftleitung 23 in den Wärmetauscher 13 zurückgeführt, wo sie die dem Energiespeicher zuzuführende Frischluft erwärmt. The fresh air required for operating the energy store as process gas passes through an air inlet 17 into the fan 15 from where they are via an air line 19 to the heat exchanger 13 is forwarded. In the heat exchanger 13 The air is exhausted from the energy storage due to high temperatures in the high temperature chamber 12 After exiting the chamber as exhaust air itself has temperatures in the order of 600 ° C, preheated. The preheated air is transmitted via another air duct 21 in the high temperature chamber 12 initiated where they by means of the air duct 12a is conducted along the air electrode of the energy store along. In the high temperature chamber 12 the air heats up further and is treated as hot exhaust air via an exhaust air duct 23 in the heat exchanger 13 returned, where it heats the energy storage to be supplied fresh air.

Der Wärmetauscher 13 weist einen ersten Wärmetauscherkanal 13a auf, der mit der Luftteilung 19 in Verbindung steht sowie einen zweiten Wärmetauscherkanal 13b, der mit der Abluftteilung 23 in Verbindung steht. Im einfachsten Fall kann der erste Wärmetauscherkanal 13a beispielsweise als mäanderförmiges Rohr und der zweite Wärmetauscherkanal 13b als Volumen eines Behälters, in dem das mäanderförmige Rohr angeordnet ist, ausgebildet sein. Die beiden Wärmetauscherkanäle 13a, 13b stehen vorzugsweise über ein gut wärmeleitfähiges Material, beispielsweise Kupfer, miteinander in Verbindung. In dem in den Figuren gezeigten Wärmetauscher 13 kann beispielsweise das mäanderförmige Rohr 13a aus einem derartigen Material hergestellt sein. Obwohl der erste und der zweite Wärmetauscherkanal 13a, 13b in den Ausführungsbeispielen als mäanderförmiges Rohr bzw. als Innenvolumen eines Behälters dargestellt sind, soll dies lediglich eine schematische Darstellung des Wärmetauschers sein. Ein Fachmann wird verstehen, dass jede Art von Wärmetauscher zum Einsatz kommen kann. Welche Art von Wärmetauscher zum Einsatz kommt, kann dabei vom jeweiligen speziellen Anwendungsfall, insbesondere von dem im Wärmetauscher zu erzielenden Wirkungsgrad abhängen. Die in den Figuren gewählte Darstellung des Wärmetauschers dient daher lediglich der Übersichtlichkeit der Darstellung und soll die Erfindung nicht auf die schematisch dargestellte Variante einschränken. The heat exchanger 13 has a first heat exchanger channel 13a on that with the air division 19 is in communication and a second heat exchanger channel 13b that with the exhaust air division 23 communicates. In the simplest case, the first heat exchanger channel 13a for example, as a meandering tube and the second heat exchanger channel 13b as the volume of a container in which the meandering tube is arranged to be formed. The two heat exchanger channels 13a . 13b are preferably via a good heat conductive material, such as copper, with each other. In the heat exchanger shown in the figures 13 For example, the meandering tube 13a be made of such a material. Although the first and the second heat exchanger channel 13a . 13b in the exemplary embodiments are shown as a meander-shaped tube or as the inner volume of a container, this is merely a schematic representation of the heat exchanger. One skilled in the art will understand that any type of heat exchanger can be used. Which type of heat exchanger is used can depend on the particular specific application, in particular on the efficiency to be achieved in the heat exchanger. The representation of the heat exchanger selected in the figures therefore serves only for clarity of presentation and is not intended to limit the invention to the variant shown schematically.

Nach dem Durchtritt durch den Wärmetauscher 13 weist die Abluft noch eine Restwärme auf, sodass sie im Vergleich zur Umgebungstemperatur eine höhere Temperatur besitzt. Die durch den Wärmetauscher 13 hindurchgetretene Abluft wird daher mit Hilfe einer Rückführleitung 25 in Richtung auf die Hochtemperaturkammer 12 zurückgeführt. Die Rückführleitung 25 weist eine Austrittsöffnung 27 auf, durch die die Restwärme enthaltende Abluft aus der Rückführleitung 25 austritt. Die Austrittsöffnung 27 ist so angeordnet, dass die aus ihr austretende Abluft die Hochtemperaturkammer 12 umströmt. Da die Temperatur der die Hochtemperaturkammer 12 umströmenden Abluft über der Umgebungstemperatur liegt, wird der Temperaturgradient in der wenigstens einen thermischen Isolationsschicht der Hochtemperaturkammer 12, also der Temperaturunterabfall von der heißen Innenseite der Isolationsschicht zu der kühleren Außenseite der Isolationsschicht, verringert, wodurch der aus der Kammer weisende Wärmestrom durch die Isolationsschicht verringert und somit die thermische Isolierung der Hochtemperaturkammer 12 verbessert wird. Nach dem Umströmen der Hochtemperaturkammer 12 wird die Abluft an die Umgebung abgegeben. Die Strömungspfade entlang der Hochtemperaturkammer 12 sind durch die Pfeile 29 dargestellt. Der Pfeil 31 symbolisiert die Abgabe der Abluft an die Umgebung. After passing through the heat exchanger 13 the exhaust air still has a residual heat, so that it has a higher temperature compared to the ambient temperature. The through the heat exchanger 13 Exceeded exhaust air is therefore using a return line 25 towards the high temperature chamber 12 recycled. The return line 25 has an outlet opening 27 on, by the residual heat containing exhaust air from the return line 25 exit. The outlet opening 27 is arranged so that the exhaust air leaving the high-temperature chamber 12 flows around. As the temperature of the high-temperature chamber 12 flowing around the ambient temperature, the temperature gradient in the at least one thermal insulation layer of the high-temperature chamber 12 , Thus, the temperature undershoot from the hot inner side of the insulating layer to the cooler outer side of the insulating layer, reduced, whereby the pointing out of the chamber heat flow through the insulating layer and thus reduces the thermal insulation of the high-temperature chamber 12 is improved. After flowing around the high-temperature chamber 12 the exhaust air is released to the environment. The flow paths along the high temperature chamber 12 are through the arrows 29 shown. The arrow 31 symbolizes the discharge of the exhaust air to the environment.

Es ist vorteilhaft, wenn das Umströmen der Hochtemperaturkammer 12 in einem begrenzten Volumen stattfinden. Dies kann erreicht werden, indem die Hochtemperaturkammer 12 von einem Behälter mit Abstand umgeben ist, sodass zwischen der Hochtemperaturkammer 12 und der Innenwand des Behälters ein für das Umströmen der Hochtemperaturkammer 12 geeignetes Zwischenvolumen vorhanden ist. Eine erste Ausführungsvariante mit einer in einem Behälter 33 angeordneten Hochtemperaturkammer 12 ist in 3 dargestellt. Elemente, die denen aus 2 entsprechen, sind mit denselben Bezugsziffern wie in 2 gekennzeichnet und werden nicht noch einmal erläutert, um Wiederholungen zu vermeiden. It is advantageous if the flow around the high-temperature chamber 12 take place in a limited volume. This can be achieved by the high temperature chamber 12 surrounded by a container at a distance, so that between the high-temperature chamber 12 and the inner wall of the container for flowing around the high-temperature chamber 12 suitable intermediate volume is present. A first embodiment variant with one in a container 33 arranged high-temperature chamber 12 is in 3 shown. Elements that look like those 2 are the same reference numerals as in 2 and will not be explained again to avoid repetition.

In der in 3 gezeigten Ausführungsvariante ist lediglich die Hochtemperaturkammer 12 im Behälter 33 angeordnet. Die Anordnung ist so, dass zwischen der Behälterinnenwand und der Hochtemperaturkammer 12 ein Volumen 34 verbleibt, welches ein Zwischenvolumen zwischen der Hochtemperaturkammer 12 und der Behälterinnenwand bildet, dass ein Umströmen der Hochtemperaturkammer 12 mit der aus der Öffnung 27 der Rückführleitung 25 austretenden Abluft ermöglicht. Die Austrittsöffnung 27 der Rückführleitung 25 mündet dabei in eine Eintrittsöffnung des Behälters 33. Der Behälter 33 weist zudem eine Austrittsöffnung 35 auf, durch die die Abluft nach dem Durchströmen des Volumens 34 aus dem Behälter 33 in die Umgebung austreten kann. In the in 3 embodiment shown is only the high temperature chamber 12 in the container 33 arranged. The arrangement is such that between the container inner wall and the high-temperature chamber 12 a volume 34 remains, which is an intermediate volume between the high-temperature chamber 12 and the container inner wall forms that a flow around the high-temperature chamber 12 with the out of the opening 27 the return line 25 exiting exhaust air allows. The outlet opening 27 the return line 25 opens into an inlet opening of the container 33 , The container 33 also has an outlet opening 35 on, through which the exhaust air after flowing through the volume 34 from the container 33 can escape into the environment.

Durch das Volumen 34 zwischen der Behälterinnenwand und der Hochtemperaturkammer 12 erstrecken sich ein Luftzufuhrkanal 37 und ein Luftabfuhrkanal 39 mit denen die Luft durch das Volumen 34 zur Hochtemperaturkammer 12 hingeleitet bzw. von der Hochtemperaturkammer 12 abgeleitet wird. Dadurch wird eine Vermischung der Luftströme zu der Hochtemperaturkammer 12 hin und von der Hochtemperaturkammer 12 weg mit dem die Hochtemperaturkammer 12 umströmenden Luftstrom vermieden. By the volume 34 between the container inner wall and the high-temperature chamber 12 extend an air supply duct 37 and an air discharge channel 39 with which the air passes through the volume 34 to the high temperature chamber 12 passed away or from the high-temperature chamber 12 is derived. As a result, a mixing of the air streams to the high-temperature chamber 12 to and from the high temperature chamber 12 away with the the high temperature chamber 12 avoided around flowing airflow.

Eine zweite Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Energiespeichers mit einer in einem Behälter angeordneten Hochtemperaturkammer 12 ist in 4 dargestellt. Diese Ausführungsvariante unterscheidet sich von der in 3 dargestellten Ausführungsvariante im Wesentlichen dadurch, dass nicht nur die Hochtemperaturkammer 12 im Behälter 33 abgeordnet ist, sondern auch der Wärmetauscher 13, die Luftleitungen 19 und 21 sowie die Abluftleitung 23. Auf die in 3 vorhandene Rückführleitung 25 kann in der in 4 dargestellten Ausführungsvariante verzichtet werden. Stattdessen ist die Austrittsöffnung 27 direkt am Abluftausgang des Wärmetauschers 13 angeordnet. A second embodiment of an energy storage device according to the invention with a container arranged in a high temperature chamber 12 is in 4 shown. This variant differs from that in 3 illustrated embodiment essentially in that not only the high-temperature chamber 12 in the container 33 is seconded, but also the heat exchanger 13 , the air pipes 19 and 21 as well as the exhaust air line 23 , On the in 3 existing return line 25 can in the in 4 be omitted embodiment shown. Instead, the outlet is 27 directly at the exhaust air outlet of the heat exchanger 13 arranged.

In dieser Ausführungsvariante ist vorteilhafterweise nicht nur die Hochtemperaturkammer 12, sondern auch der Wärmetauscher 13 mit Abstand zur Behälterinnenwand angeordnet, sodass Strömungspfade 29 für die Restwärme enthaltende, aus dem Wärmetauscher 13 austretende Abluft vorhanden sind, die sowohl an der Hochtemperaturkammer 12 als auch am Wärmetauscher 13 entlang führen. Da zudem die Luftleitungen 19 und 21 im Inneren des Behälters angeordnet sind und von der Restwärme enthaltenden Abluft umströmt werden, findet eine erste Vorwärmung der zugeführten Luft bereits in der Luftleitung 19 statt. Außerdem ist die Luftleitung 21, die bereits vorgewärmte Luft transportiert, besser thermisch isoliert, als in der in 3 gezeigten Ausführungsvariante, in der sie mit der kälteren Umgebung in thermischem Kontakt steht. Im Vergleich zu der in 3 dargestellten Ausführungsvariante kann bei der in 4 dargestellten Ausführungsvariante daher eine weniger aufwendige thermische Isolierung der Luftleitung 21 gewählt werden. In this embodiment is advantageously not only the high temperature chamber 12 but also the heat exchanger 13 arranged at a distance from the container inner wall, so flow paths 29 for the residual heat containing, from the heat exchanger 13 Exuding exhaust air are present, both at the high temperature chamber 12 as well as on the heat exchanger 13 lead along. As well as the air ducts 19 and 21 are arranged in the interior of the container and are flowed around by the residual heat-containing exhaust air, finds a first preheating of the supplied air already in the air line 19 instead of. Besides, the air line is 21 , which already transports preheated air, better thermally insulated than in the 3 shown embodiment variant in which it is in thermal contact with the colder environment. Compared to the in 3 illustrated embodiment, in the in 4 illustrated embodiment, therefore, a less expensive thermal insulation of the air line 21 to get voted.

In 4 ist der Wärmetauscher 13 innerhalb des Behälters 33 als eigene Einheit angeordnet. Es besteht aber auch die Möglichkeit, den Behälter 33 selbst als Teil des Wärmetauschers auszugestalten, wie dies in 5 dargestellt ist. In diesem Fall ist die Luftleitung 19 mäanderförmig durch das von der Restwärme enthaltenden Abluft durchströmte Volumen 34 geführt, sodass die Abluft die durch die Luftleitung 19 strömende Luft erwärmen kann. Die Austrittsöffnung 27 für die Restwärme enthaltende Abluft ist dann nicht wie in 4 dargestellt, am Ausgang des Wärmetauschers 13 vorhanden, sondern unmittelbar an der Hochtemperaturkammer 12. In 4 is the heat exchanger 13 inside the container 33 arranged as a separate unit. But there is also the possibility of the container 33 even as part of the heat exchanger, as in 5 is shown. In this case, the air line 19 Meandering through the flowed through by the residual heat containing air volume 34 guided, so that the exhaust air through the air line 19 can heat up flowing air. The outlet opening 27 for the residual heat containing exhaust air is then not as in 4 shown at the exit of the heat exchanger 13 present, but immediately at the high temperature chamber 12 ,

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird eine Energiespeichervorrichtung zur Verfügung gestellt, in der die aus dem Wärmetauscher austretende Abluft nicht direkt an die Umgebungsluft abgegeben wird, sondern zunächst an der äußeren Oberfläche der Hochtemperaturkammer entlang geleitet wird, bevor sie an die Umgebung abgegeben wird. Da die Temperatur der Abluft höher ist als die Umgebungstemperatur und außerdem höher als die Temperatur, die sich außerhalb der Hochtemperaturkammer ohne das Entlangleiten der Abluft an der Kammer ergeben würde, findet eine Erhöhung der thermischen Isolierung statt. In the context of the present invention, an energy storage device is provided in which the exhaust air exiting the heat exchanger is not discharged directly to the ambient air, but is first passed along the outer surface of the high temperature chamber before it is discharged to the environment. Since the temperature of the exhaust air is higher than the ambient temperature and also higher than the temperature that would result outside of the high temperature chamber without the passage of the exhaust air along the chamber, an increase in thermal insulation takes place.

Die vorliegende Erfindung ist zu Erläuterungszwecken anhand von Ausführungsbeispielen beispielhaft dargestellt worden. Die Ausführungsbeispiele sollen jedoch nicht den Umfang der Erfindung beschränken, da im Rahmen der Ansprüche Abweichungen von den Ausführungsbeispielen möglich sind. So ist es beispielsweise möglich, den Verdichter 15 mit in den Behälter 33 aufzunehmen. Weiterhin ist es möglich, mehrere Hochtemperaturkammern in einem von Restwärme enthaltende Abluft durchströmten Behälter anzuordnen. Außerdem kann der Behälter 33 der in den 3 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispielen auch eine thermische Isolierung umfassen. Die vorliegende Erfindung soll daher lediglich durch den Umfang der angehängten Ansprüche beschränkt sein. The present invention has been exemplified for purposes of explanation by way of example. However, the embodiments are not intended to limit the scope of the invention, since within the scope of the claims deviations from the embodiments are possible. For example, it is possible to use the compressor 15 into the container 33 take. Furthermore, it is possible to arrange a plurality of high-temperature chambers in a container of residual heat containing exhaust air flowed through. In addition, the container can 33 in the 3 to 5 illustrated embodiments also include a thermal insulation. The present invention is therefore intended to be limited only by the scope of the appended claims.

Claims (11)

Hochtemperatur-Energiespeichervorrichtung umfassend: – einen ein Prozessfrischgas zu Prozessabgas verarbeitenden Hochtemperatur-Energiespeicher (1); – eine Hochtemperaturkammer (12), in der der Hochtemperatur-Energiespeicher (1) angeordnet ist und die einen Prozessgaskanal (12a), durch den dem Hochtemperatur-Energiespeicher (1) das Prozessfrischgas zugeführt und das Prozessabgas von dem Hochtemperatur-Energiespeicher (1) abführt wird, wenigstens eine Zufuhrkammeröffnung (12b) für die Zufuhr von Prozessfrischgas in den Prozessgaskanal (12a) und wenigstens eine Abfuhrkammeröffnung (12c) für die Abfuhr von Prozessabgas aus dem Prozessgaskanal (12a) aufweist; – einen außerhalb der Hochtemperaturkammer (1) angeordneten Wärmetauscher (13) mit einem ersten Wärmetauscherkanal (13a), welcher der Zufuhrkammeröffnung (12b) zur Zufuhr von vorgewärmtem Prozessfrischgas vorgeschaltet ist, und einem zweiten Wärmetauscherkanal (13b), welcher der Abfuhrkammeröffnung (12c) zur Aufnahme von Prozessabgas nachgeschaltet ist und über ein Wärme leitendes Material mit dem ersten Wärmetauscherkanal (13a) zum Vorwärmen des Prozessfrischgases in thermischem Kontakt steht, wobei der zweite Wärmetauscherkanal (13b) derart angeordnet und ausgestaltet ist, dass das Prozessabgas nach dem Wärmeaustausch mit dem Prozessfrischgas an der Hochtemperaturkammer (12) entlang geleitet wird. A high-temperature energy storage device comprising: a high-temperature energy store processing a process fresh gas into process exhaust gas ( 1 ); A high temperature chamber ( 12 ), in which the high-temperature energy storage ( 1 ) and which has a process gas channel ( 12a ), by which the high-temperature energy storage ( 1 ) supplied the process fresh gas and the process exhaust gas from the high-temperature energy storage ( 1 ), at least one feed chamber opening ( 12b ) for the supply of process fresh gas into the process gas channel ( 12a ) and at least one discharge chamber opening ( 12c ) for the removal of process exhaust gas from the process gas channel ( 12a ) having; - one outside the high-temperature chamber ( 1 ) arranged heat exchanger ( 13 ) with a first heat exchanger channel ( 13a ), which of the feed chamber opening ( 12b ) is connected upstream of the supply of preheated process fresh gas, and a second heat exchanger channel ( 13b ), which of the discharge chamber opening ( 12c ) is connected downstream for receiving process exhaust gas and via a heat-conducting material with the first heat exchanger channel ( 13a ) is in thermal contact for preheating the process fresh gas, wherein the second heat exchanger channel ( 13b ) is arranged and configured such that the process exhaust gas after the heat exchange with the process fresh gas at the high temperature chamber ( 12 ) is passed along. Hochtemperatur-Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 1, in der die Hochtemperaturkammer 12 von wenigstens einer den Hochtemperatur-Energiespeicher umgebenden thermischen Isolationsschicht gebildet ist. High temperature energy storage device according to claim 1, wherein the high temperature chamber 12 is formed by at least one of the high-temperature energy storage surrounding thermal insulation layer. Hochtemperatur-Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, in der der Hochtemperatur-Energiespeicher umfasst: – eine Anionen leitende ersten Elektrode (3), die derart mit dem Prozessgaskanal (12a) in Verbindung steht, dass das Prozessfrischgas an ihr entlang geleitet werden kann, wobei das Prozessabgas entsteht, und die ein Material umfasst, das unter Abgabe von Elektronen an einen Bestandteil des Prozessfrischgases Anionen aus diesem Bestandteil erzeugen oder unter Aufnahme von Elektronen von Anionen diese durch Neutralisieren ihrer Ladung und Abgabe an das Prozessabgas verbrauchen kann; – eine zweite Elektrode (5); – einen zwischen der ersten Elektrode (3) und der zweiten Elektrode (5) angeordneten, Anionen leitenden Elektrolyten (7); – ein die zweite Elektrode (5) bildendes oder mit dieser in Kontakt stehendes Redoxpaar, welches ein Oxidationsedukt und ein Oxidationsprodukt umfasst. High-temperature energy storage device according to claim 1 or claim 2, in which the high-temperature energy store comprises: an anion-conducting first electrode ( 3 ) so connected to the process gas channel ( 12a ), that the process fresh gas can be conducted along it, the process exhaust gas is formed, and which comprises a material which generates anions from this component with the release of electrons to a component of the process fresh gas or by taking up electrons of anions Neutralizing their charge and can consume exhaust to the process exhaust gas; A second electrode ( 5 ); One between the first electrode ( 3 ) and the second electrode ( 5 ) arranged anion-conducting electrolyte ( 7 ); A second electrode ( 5 ) or in contact with this redox couple comprising an oxidation and an oxidation product. Hochtemperatur-Energiespeichervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, – in der ein Behälter (33) vorhanden ist, der die Hochtemperaturkammer (12) derart mit Abstand umgibt, dass zwischen der Hochtemperaturkammer (12) und dem Behälter (33) ein Zwischenvolumen (34) vorhanden ist, und – in der das Zwischenvolumen (34) mit der Abfuhrkammeröffnung (12c) derart verbunden ist, dass es von Prozessabgas durchströmt wird. High-temperature energy storage device according to one of the preceding claims, - in which a container ( 33 ), which is the high-temperature chamber ( 12 ) is spaced such that between the high temperature chamber ( 12 ) and the container ( 33 ) an intermediate volume ( 34 ), and - in which the intermediate volume ( 34 ) with the discharge chamber opening ( 12c ) is connected in such a way that it is flowed through by process exhaust gas. Hochtemperatur-Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 4, in dem der Wärmetauscher (13) innerhalb des Behälters (33) angeordnet ist. High-temperature energy storage device according to claim 4, in which the heat exchanger ( 13 ) within the container ( 33 ) is arranged. Hochtemperatur-Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 5, in der das Zwischenvolumen (34) den zweiten Wärmetauscherkanal bildet und der erste Wärmetauscherkanal durch einen sich durch das Zwischenvolumen erstreckenden Durchgangskanal (19) gebildet ist. High-temperature energy storage device according to claim 5, in which the intermediate volume ( 34 ) forms the second heat exchanger channel and the first heat exchanger channel through a through passage extending through the intermediate volume ( 19 ) is formed. Hochtemperatur-Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 6, in der Durchgangskanal (19) von einem mäanderförmigen Rohr gebildet ist. High-temperature energy storage device according to claim 6, in the through-channel ( 19 ) is formed by a meandering tube. Hochtemperatur-Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 5, in der das Zwischenvolumen (34) dem zweiten Wärmetauscherkanal (13b) strömungstechnisch nachgeschaltet ist. High-temperature energy storage device according to claim 5, in which the intermediate volume ( 34 ) the second heat exchanger channel ( 13b ) downstream of the flow. Hochtemperatur-Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 4, in der – der Wärmetauscher (13) außerhalb des Behälters (33) angeordnet ist, – der Behälter (33) einen zwischen dem ersten Wärmetauscherkanal (13a) und der Zufuhrkammeröffnung (12b) angeordneten ersten Durchleitkanal (37) umfasst, – der Behälter (33) einen zwischen dem zweiten Wärmetauscherkanal (13b) und der Abfuhrkammeröffnung (12c) angeordneten zweiten Durchleitkanal (39) umfasst, – das Zwischenvolumen (34) mittels einer Rückführleitung (25) mit dem zweiten Wärmetauscherkanal (13b) verbunden ist, und – das Zwischenvolumen eine zur Umgebung des Behälters hin offene Ausgangsöffnung (35) umfasst. High-temperature energy storage device according to claim 4, in which - the heat exchanger ( 13 ) outside the container ( 33 ), - the container ( 33 ) one between the first heat exchanger channel ( 13a ) and the supply chamber opening ( 12b ) arranged first passage ( 37 ), - the container ( 33 ) one between the second heat exchanger channel ( 13b ) and the discharge chamber opening ( 12c ) arranged second passage ( 39 ), - the intermediate volume ( 34 ) by means of a return line ( 25 ) with the second heat exchanger channel ( 13b ), and - the intermediate volume has an outlet opening open to the environment of the container ( 35 ). Hochtemperatur-Energiespeichervorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, in der zwei oder mehr Hochtemperaturkammern im Behälter angeordnet sind. High-temperature energy storage device according to one of claims 4 to 9, in which two or more high-temperature chambers are arranged in the container. Verfahren zum thermischen Isolieren einer Hochtemperaturkammer (12) mit einem darin angeordneten, ein Prozessfrischgas zu Prozessabgas verarbeitenden Hochtemperatur-Energiespeicher, in dem – das Prozessfrischgas vorgewärmt wird, bevor es in die Hochtemperaturkammer (12) eingeleitet wird; – zum Vorwärmen aus der Hochtemperaturkammer (12) austretendes Prozessabgas verwendet wird, und – das Prozessabgas an der Außenseite der Hochtemperaturkammer (12) entlang geleitet wird, nachdem das Prozessfrischgas vorgewärmt worden ist. Method for thermally insulating a high-temperature chamber ( 12 with a high-temperature energy store that processes a process fresh gas into process exhaust gas and in which the process fresh gas is preheated before it enters the high-temperature chamber ( 12 ) is initiated; For preheating from the high-temperature chamber ( 12 ) exit process gas is used, and - the process exhaust gas on the outside of the high-temperature chamber ( 12 ) is passed along after the process fresh gas has been preheated.
DE102011078115A 2011-06-27 2011-06-27 High-temperature energy storage device and method for thermally insulating a high-temperature chamber with a high-temperature energy storage Ceased DE102011078115A1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102011078115A DE102011078115A1 (en) 2011-06-27 2011-06-27 High-temperature energy storage device and method for thermally insulating a high-temperature chamber with a high-temperature energy storage
PCT/EP2012/061186 WO2013000708A1 (en) 2011-06-27 2012-06-13 High-temperature energy storage device and method for thermally insulating a high-temperature chamber having a high-temperature energy store

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102011078115A DE102011078115A1 (en) 2011-06-27 2011-06-27 High-temperature energy storage device and method for thermally insulating a high-temperature chamber with a high-temperature energy storage

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102011078115A1 true DE102011078115A1 (en) 2012-12-27

Family

ID=46317382

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102011078115A Ceased DE102011078115A1 (en) 2011-06-27 2011-06-27 High-temperature energy storage device and method for thermally insulating a high-temperature chamber with a high-temperature energy storage

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102011078115A1 (en)
WO (1) WO2013000708A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021113888A1 (en) * 2019-12-09 2021-06-17 Avl List Gmbh Fuel cell system

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE60306725T2 (en) * 2002-06-24 2007-07-12 Delphi Technologies, Inc., Troy Exhaust gas heated solid electrolyte fuel cell system

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6764784B2 (en) * 2001-09-17 2004-07-20 Siemens Westinghouse Power Corporation Standard package design for both atmospheric and pressurized SOFC power generation system
US20030054215A1 (en) * 2001-09-20 2003-03-20 Honeywell International, Inc. Compact integrated solid oxide fuel cell system
US7491456B2 (en) * 2003-03-28 2009-02-17 Kyocera Corporation Fuel cell assembly and electricity generation unit used in same
JP5021238B2 (en) * 2006-05-18 2012-09-05 本田技研工業株式会社 Fuel cell system

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE60306725T2 (en) * 2002-06-24 2007-07-12 Delphi Technologies, Inc., Troy Exhaust gas heated solid electrolyte fuel cell system

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021113888A1 (en) * 2019-12-09 2021-06-17 Avl List Gmbh Fuel cell system
CN114641879A (en) * 2019-12-09 2022-06-17 Avl李斯特有限公司 Fuel cell system
CN114641879B (en) * 2019-12-09 2024-06-18 Avl李斯特有限公司 Fuel cell system

Also Published As

Publication number Publication date
WO2013000708A1 (en) 2013-01-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102016114948A1 (en) Device for controlling the temperature of a fuel cell stack and motor vehicle with such a device
DE102015118424A1 (en) Fuel cell system and operation control method therefor
DE102015200473B4 (en) Method for transferring a fuel cell system to a standby mode and corresponding fuel cell system
DE102016200208A1 (en) Fuel cell system with a common rail system for connecting multiple fuel cell stack and vehicle with such a fuel cell system
DE112012006025B4 (en) fuel cell system
EP1849203A1 (en) Method for operating fuel cells for systems that are restricted by exposure to thermal stress and fuel cell stack for carrying out said method
DE102016124521A1 (en) Fuel cell system and method for operating the fuel cell system
EP2705562A1 (en) Energy store and method for charging or discharging an energy store
EP2956981B1 (en) Energy conversion cell comprising an electrochemical conversion unit
DE102012203665A1 (en) Gas turbine heated high temperature battery
DE102007061061A1 (en) Fuel cell stack for traction system of motor vehicle, has hydrogen supply line for supplying hydrogen to anodes and dummy cell, and hydrogen discharge line for removing residual hydrogen from anode and dummy cell
DE102011078115A1 (en) High-temperature energy storage device and method for thermally insulating a high-temperature chamber with a high-temperature energy storage
DE102015117055A1 (en) Stack case ventilation, fuel cell system and vehicle
DE10133580A1 (en) Onboard electrical system for road vehicle has auxiliary energy supply unit with fuel cell used for compensating energy loss of at least one electrical load
DE112009005179T5 (en) Electrode wear reduction on high temperature PEM fuel cell
DE102020125512A1 (en) Process for using the waste heat generated in a stationary charging station to control the temperature of an area and stationary charging station
DE102015218769A1 (en) Moisture transmitter and fuel cell system and vehicle with such
DE102015218751A1 (en) Heat-moisture transmission device for fuel cell, and fuel cell system and vehicle with such
DE102013207105A1 (en) A fuel cell system for heating a fuel cell and method for operating a fuel cell system
DE102013207430A1 (en) A fuel cell system for heating a fuel cell and method of operating the fuel cell system
DE102021131243B3 (en) Fuel cell device and motor vehicle with such a fuel cell device
DE102020114746B4 (en) Method for shutting down a fuel cell device and fuel cell device and motor vehicle
EP4169099B1 (en) Process for a freezing start of a fuel cell device, fuel cell device and vehicle comprising the same
EP2759007B1 (en) Storage element for a solid electrolyte energy store
DE102017215255A1 (en) Method for determining the temperature of a cathode operating gas at the inlet of a humidifier module of a fuel cell system, fuel cell system and vehicle

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R083 Amendment of/additions to inventor(s)
R002 Refusal decision in examination/registration proceedings
R003 Refusal decision now final
R003 Refusal decision now final

Effective date: 20141223