DE102011120810A1 - battery room - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Betriebsraum (1) für eine Batteriebank (3) vorgeschlagen, die eine Vielzahl von Bleisäure haltigen Batterien (5) umfasst. Der Betriebsraum (1) ist frei von Mitteln, die einen Austausch mit Außenluft ermöglichen. Im Betriebsraum (1) oder an ihm ist eine Einrichtung (9) zur Entfernung von Wasserstoff (13) aus der Umgebungsluft der Batterien (5) angeordnet. Vorteil des Batterieraums ist es, dass keine Zwangslüftung erfolgen muss, um den von den Batterien generierten Wasserstoff ins Freie weg zu lüften. Eine solche Zwangslüftung ist im Sommer und im Winter mit hohen Energiekosten verbunden, da die Batterien konstant auf eine mittlere Temperatur gehalten werden sollen.An operating room (1) for a battery bank (3) is proposed which comprises a multiplicity of lead-acid-containing batteries (5). The operating room (1) is free of funds that allow an exchange with outside air. In the operating room (1) or on it a device (9) for removing hydrogen (13) from the ambient air of the batteries (5) is arranged. The advantage of the battery compartment is that there is no need for forced ventilation in order to ventilate the hydrogen generated by the batteries to the outside. Such forced ventilation is associated with high energy costs in summer and winter, as the batteries are to be kept constant at an average temperature.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Betriebsraum für eine Batteriebank, die eine Vielzahl von Bleisäure haltigen Batterien umfasst. Derartige Batterieräume sind sattsam bekannt und dienen in der Regel als Notstromversorgung für relevante Einrichtungen wie Kernkraftwerke oder Hochspannungsschaltanlagen etc. bei denen entweder selbst der Ausfall eines Notstromdieselgenerators zu berücksichtigen ist oder bei denen ein sofortiger Stand-by Einsatz möglich sein muss.The invention relates to an operating room for a battery bank comprising a plurality of lead-acid containing batteries. Such battery rooms are well known and usually serve as an emergency power supply for relevant facilities such as nuclear power plants or high-voltage switchgear etc. where either even the failure of an emergency diesel generator is to be considered or where an immediate stand-by use must be possible.
Die Batteriebänke bestehen aus einer Vielzahl von Bleisäure Batterien, die, sofern die Leistungsdichte nicht von entscheidender Bedeutung ist, immer noch die günstigste Art der Speicherung von elektrischer Energie darstellen. Der Lade- und Entladezyklus von Bleisäurebatterien bringt die Bildung von Wasserstoff mit sich, der ab einem Gehalt zwischen 4% und 77% in Verbindung mit dem Sauerstoff der Luft geeignet ist, eine Knallgasexplosion zu erzeugen. Dazu bedarf es lediglich eines kleinen äußeren Einflusses, wie z. B. eine statische Entladung unter Funkenbildung.The battery banks are made up of a variety of lead-acid batteries, which, unless power density is critical, still represent the cheapest way to store electrical energy. The charge and discharge cycle of lead-acid batteries involves the formation of hydrogen which, from 4% to 77% in combination with the oxygen in the air, is capable of producing a detonating gas explosion. This requires only a small external influence, such. B. a static discharge with sparking.
Es ist daher Stand der Technik, Betriebsräume der genannten Art permanent zu durchlüften, um eine Ansammlung von Wasserstoff über den kritischen Grenzwert hinaus zu verhindern. Diese Permanentbelüftung bringt allerdings einen erheblichen Nachteil mit sich, der darin begründet ist, dass Bleibatterien eine bevorzugte Temperatur von ca. 25°C aufweisen sollten. Dies erfordert nämlich eine Heizung des Betriebsraums im Winter und eine entsprechende Kühlung im Sommer. Die Batterien dürfen nicht zu warm gelagert sein, um eine Zersetzung des Elektrolyten zu vermeiden, und nicht zu kalt, um einem mit Kälte einhergehenden Kapazitätsverlust zu begegnen. Bei einem permanenten Luftaustausch wird viel Energie verschwendet, da die aufgeheizte Außenluft im Sommer herab zu kühlen ist und die kalte Außenluft im Winter zu erwärmen ist. Neben der zur Temperierung aufzuwendenden Energie fallen noch aufwändige Filtermaßnahmen durch den Einbau und die Wartung von Filtern an, um die in der Umgebungsluft enthaltenen Verunreinigungen von dem Betriebsraum fernzuhalten.It is therefore state of the art to ventilate operating rooms of the type mentioned permanently in order to prevent accumulation of hydrogen beyond the critical limit. However, this permanent ventilation brings a considerable disadvantage, which is due to the fact that lead batteries should have a preferred temperature of about 25 ° C. This requires namely a heating of the operating room in winter and a corresponding cooling in summer. The batteries must not be stored too hot to avoid decomposition of the electrolyte and not too cold to deal with a capacity loss associated with cold. In a permanent exchange of air much energy is wasted, since the heated outside air is cool down in the summer and the cold outside air is to be heated in winter. In addition to the energy to be expended for temperature control to elaborate filtering measures by the installation and maintenance of filters to keep away the contaminants contained in the ambient air from the operating room.
Die Erfindung geht aus von der Überlegung, dass bei einer breit eingeführten Speicherung von alternativ erzeugter Energie der Bedarf an Batteriebänken um ein Vielfaches zunehmen wird, und es aufgrund des Skaleneffektes lohnend ist, eine im Moment womöglich aufwändig erscheinende Alternative zum Wasserstoff heraus lüften anzubieten.The invention is based on the consideration that with a widely introduced storage of alternatively generated energy, the need for battery banks will increase many times over, and it is worthwhile due to the economies of scale to offer a currently seemingly consuming alternative to hydrogen airing out.
Entsprechend liegt vorliegender Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Betriebskosten einer Batteriebank durch Reduzierung des Eigenenergieverbrauchs der Batteriebank zu senken.Accordingly, the present invention has for its object to reduce the operating costs of a battery bank by reducing the own energy consumption of the battery bank.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in oder an dem Betriebsraum eine Einrichtung zur Entfernung von Wasserstoff aus der Umgebungsluft der Batterien angeordnet ist. Bevorzugt ist der Betriebsraum dabei frei von einem, einen kontinuierlichen Zwangsaustausch mit der Außenluft ermöglichenden Mittel. Unter dem Begriff „Austausch mit Außenluft ermöglichenden Mitteln” werden alle zur Zeit gängigen, gezielten Methoden der Lüftung angesehen, unabhängig davon, ob sie von einem Wärmetauscher, von Heiz- oder Kühlgeräte, von steuerbaren Lamellengitter etc. Gebrauch machen. Es ist also weniger an einen mit hohem technischem Aufwand hermetisch abgeschlossenen Betriebsraum gedacht.This object is achieved in that a device for removing hydrogen from the ambient air of the batteries is arranged in or on the operating room. Preferably, the operating room is free from one, a continuous forced exchange with the outside air enabling means. The term "exchange with outside air permitting means" all current, targeted methods of ventilation are considered, regardless of whether they use of a heat exchanger, heating or cooling appliances, controllable louvred grids, etc. use. It is therefore less thought of a hermetically sealed operating room with high technical complexity.
Einrichtungen zur Entfernung von Wasserstoff aus der Umgebungsluft sind an sich bekannt, wobei im Wesentlichen drei verschiedene Vorgehensweisen möglich sind, die alle für vorliegendes Anliegen anwendbar sind. Zum einen ist dies eine Einrichtung, die auf Basis einer katalytischen Reaktion arbeitet und zum anderen eine Einrichtung, die auf Basis des Ad- oder Absorptionseffektes arbeitet.Means for removing hydrogen from the ambient air are known per se, wherein substantially three different approaches are possible, all of which are applicable to the present concern. On the one hand, this is a device that works on the basis of a catalytic reaction and, on the other hand, a device that works on the basis of the adsorption or absorption effect.
Bei der zweitgenannten Art umfasst die Einrichtung beispielsweise eine Vielzahl von Membranen, die von der Umgebungsluft im Betriebsraum umströmt werden. Die Wasserstoffmoleküle lagern sich an den Wänden der Membranen an. Anstelle von Membranen können auch hochporöse Schwammkörper eingesetzt werden, die eine große, interne Oberfläche aufweisen.In the second-mentioned type, the device comprises, for example, a plurality of membranes, which are flowed around by the ambient air in the operating room. The hydrogen molecules attach to the walls of the membranes. Instead of membranes also highly porous sponge body can be used, which have a large, internal surface.
Als Beispiel für die zweitgenannte Art sei auch eine Flüssigkeitssäule genannt, die mit einer Wasserstoff absorbierenden Flüssigkeit gefüllt ist. Im unteren Bereich der Säule wird die Umgebungsluft eingebracht, die durch die Flüssigkeit perlt und dabei ihre Wasserstoffmoleküle an die Flüssigkeit abgibt.As an example of the second-mentioned type may also be mentioned a liquid column which is filled with a hydrogen-absorbing liquid. In the lower part of the column, the ambient air is introduced, which bubbles through the liquid and releases its hydrogen molecules to the liquid.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Einrichtung mobil ist oder zumindest ein mobiles Speichermittel für den Wasserstoff umfasst. Dann kann bei gesättigten Speichermitteln leicht der gefüllte Speicher gegen einen leeren Speicher ausgetauscht werden. Die gespeicherten oder gebundenen Wasserstoffmoleküle können zur weiteren Verwendung wieder aus dem gefüllten Speicher entfernt werden oder sie werden in die Luft freigesetzt.It is particularly advantageous if the device is mobile or at least comprises a mobile storage means for the hydrogen. Then, with saturated storage means, it is easy to replace the filled storage with an empty storage. The stored or bound hydrogen molecules may be removed from the filled reservoir for further use or released into the air.
Der Betriebsraum sollte noch mit einer Temperiervorrichtung in Wirkverbindung stehen, die teilweise außerhalb des Betriebsraums liegt. So kann z. B. eine Wärmepumpe mit zwei Wärmetauschern vorgesehen sein, von denen der erste Wärmetauscher im Betriebsraum angeordnet ist und der zweite Wärmetauscher außerhalb des Betriebsraums. Die Wärmepumpe sollte in ihrer Arbeitsrichtung umkehrbar sein, das heißt, dass beide Wärmetauscher wahlweise sowohl von dem gekühlten Wärmetransportmedium als auch von dem erwärmten Wärmetransportmedium durchflossen werden können, je nach Betriebsrichtung der Wärmepumpe, die in Abhängigkeit der Jahreszeit und den aktuellen Erfordernissen im Batterieraum gewählt wird. In diesem Zusammenhang ist auch die Erweiterung der Temperiervorrichtung um einen Speicher für die Speicherung von Wärme oder Kälte sinnvoll.The operating room should still be in operative connection with a temperature control device, which is partly outside the operating room. So z. B. a heat pump may be provided with two heat exchangers, of which the first heat exchanger is arranged in the operating room and the second Heat exchanger outside the operating room. The heat pump should be reversible in its working direction, that is, both heat exchangers can optionally be traversed by both the cooled heat transfer medium and the heated heat transfer medium, depending on the operating direction of the heat pump, which is selected depending on the season and the current requirements in the battery compartment , In this context, the extension of the temperature control to a memory for the storage of heat or cold makes sense.
Befindet sich die Batteriebank z. B. im Sommer in einem Zyklusbetrieb, der mit einer hohen Wärmeerzeugung und ergo benötigter Energieabfuhr mittels Kühlung verbunden ist, so kann auf die in der Nacht in dem Speicher zwischengespeicherte Kälte zurückgegriffen werden, um den Verbrauch der Wärmepumpe zu minimieren. Das Speichern der Kälte kann so weit gehen, dass im Falle von Wasser als Speichermittel Eis erzeugt wird. Auch in anderen Fällen wie z. B., wenn die Batteriebank im Winter im Stand-by Modus gehalten werden soll, kann der Speicher genutzt werden, um tagsüber vom Wärmetauscher erzeugte Wärme zwischen zu speichern und nachts zur Erwärmung des Betriebsraums zu nutzen.Is the battery bank z. B. in the summer in a cycle operation, which is connected to a high heat generation and ergo required energy dissipation by means of cooling, so can be used on the cached at night in the memory cold, to minimize the consumption of the heat pump. The storage of the cold can go so far that in the case of water as a storage medium ice is generated. In other cases such. For example, if the battery bank is to be kept in standby mode in winter, the storage can be used to store heat generated by the heat exchanger during the day and to use it to heat the operating room at night.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren. Es zeigen:Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description of an embodiment with reference to FIGS. Show it:
In der
An einer geeigneten Stelle im Betriebsraum
In der
In der
In der
Die Rohrleitungen
Die
Die Temperatur im Betriebsraum
Die
Als weitere Alternative kommt eine Einrichtung
Die Einrichtung
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Betriebsraumoperating room
- 33
- Batteriebankbattery bank
- 55
- Batteriebattery
- 77
- Türdoor
- 99
- Einrichtung zum Entfernen von WasserstoffmolekülenDevice for removing hydrogen molecules
- 1111
- Ventilatorfan
- 1313
- WasserstoffmolekülHydrogen molecule
- 1515
- Klimagerätair conditioning
- 1717
- Adsorptionseinrichtungadsorption
- 1919
- Membranmembrane
- 2121
- Säulepillar
- 2323
- Flüssigkeitliquid
- 2525
- Druckventilpressure valve
- 2727
- erster Wärmetauscherfirst heat exchanger
- 2929
- erste Rohrleitungenfirst pipelines
- 3131
- WärmetransportmediumHeat transport medium
- 3333
- Wärmepumpeheat pump
- 3535
- zweiter Wärmetauschersecond heat exchanger
- 3737
- zweite Rohrleitungensecond pipes
- 3939
- erste Stichleitungfirst stub line
- 4141
- zweite Stichleitungsecond stub line
- 4343
- Tanktank
- 44, 4544, 45
- VentilValve
- 4747
- Steuer- und RegeleinheitControl unit
- 49, 51, 5349, 51, 53
- Temperatursensortemperature sensor
- 5555
- Signalleitungsignal line
- 5757
- Katalysatorgehäusecatalytic converter housing
- 5959
- Titankugelntitanium balls
- 6161
- Luftair
- 6363
- Ansaugseitesuction
- 6565
- Abgabeseitedischarge side
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