DE102016119953A1 - Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie - Google Patents

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    • H01M8/18Regenerative fuel cells, e.g. redox flow batteries or secondary fuel cells
    • H01M8/184Regeneration by electrochemical means
    • H01M8/188Regeneration by electrochemical means by recharging of redox couples containing fluids; Redox flow type batteries
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    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

Eine Vorrichtung (10) zum Speichern von elektrischer Energie, umfasstmindestens zwei Fluidkreisläufe (12, 14) mit Fluiden (22), die wenigstens einmal im Bereich eines Ladungstauschers (16) aneinander vorbei strömen.Der Ladungstauscher (16) weist wenigstens ein Tubularelement (18) auf, das in einem der Fluidkreisläufe (12, 14) derart angeordnet ist, dass es von dem darin enthaltenen Fluid (22) durchströmbar ist.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie in Form von chemischer Energie sowie einem Ladungstauscher zum Transfer zwischen den Energieformen
  • Es sind Vorrichtungen bekannt, die in chemischen Verbindungen in Flüssigkeiten elektrische Energie speichern. Diese elektrolytischen Flüssigkeiten befinden sich in zwei getrennten Kreisläufen innerhalb der Vorrichtung, und strömen in einer Ladungstauscherkammer laminar aneinander vorbei. Dabei sind die Flüssigkeiten im Bereich des laminaren Strömungsbereichs durch eine ebene Membran voneinander getrennt. Die Membran ist durchlässig für elektrische Ladungsträger, die z.B. in Form von Elektronen und/oder Protonen und/oder Ionen in der Flüssigkeit vorliegen. Daher werden Ladungsträger zwischen den Flüssigkeiten ausgetauscht, und ein Strom in die Vorrichtung oder aus der Vorrichtung heraus geführt.
  • Legt man eine externe Spannung an die Flüssigkeiten an, werden die Ladungsträger der einen Flüssigkeit in die andere Flüssigkeit transferiert, und der Akkumulator mit Energie geladen. Im umgekehrten Fall, also wenn die externe Spannung von den Flüssigkeiten entfernt wird, und stattdessen ein Verbraucher zwischen die Flüssigkeiten geschaltet wird, wird die gespeicherte Energie in Form eines Stromes entnommen. Eine derartige Vorrichtung, ein chemischer Akkumulator, ist als Flussbatterie oder Redox-Flow-Batterie bekannt und beispielsweise in der US 3 996064 A beschrieben.
  • Die Leistung bezüglich des Stromflusses ist von der Fläche der Membran abhängig. Bei einer ebenen sich im Wesentlichen in zwei Raumrichtungen erstreckenden Membran ist die Leistung durch den Bauraum in eben diesen beiden Raumrichtungen der Ladungstauscherkammer begrenzt. Daher sind große Ströme nur durch raumaufwendige Vorrichtungen möglich.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine höhere Leistungsdichte aufweist, als es die bekannten Vorrichtungen darbieten, sodass der Bauraum diesen gegenüber verringert werden kann, und höhere Ströme erreicht werden können.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
  • Die Unteransprüche stellen vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung dar.
  • Eine Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie, umfasst mindestens zwei Fluidkreisläufe mit Fluiden, die wenigstens einmal im Bereich eines Ladungstauschers aneinander vorbei strömen. Der Ladungstauscher weist wenigstens ein Tubularelement auf, das in einem der Fluidkreisläufe derart angeordnet ist, dass es von dem darin enthaltenen Fluid durchströmbar ist.
  • Zur Erhöhung der Leistungsdichte der Erfindungsgemäßen Vorrichtung, einer so genannten Redox-Flow-Batterie oder Redox-FlussBatterie, gegenüber der zuvor erläuterten Vorrichtung umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie wenigstens zwei Fluidkreisläufe. Der Fluidkreislauf kann als Fluid ein Gas, eine Flüssigkeit, ein Plasma und/oder ein Granulat umfassen, was eine Vielzahl von vorteilhaften Anwendungen zulässt. Die Fluide beinhalten Ladungsträger, wobei die Fluide durch die Fluidkreisläufe, insbesondere eines ersten und eines zweiten Fluidkreislaufs, wenigstens einmal im Bereich eines Ladungstauschers aneinander vorbei strömen. Durch den Ladungstauscher sind die beiden Fluidkreisläufe voneinander getrennt, und können sich nicht unmittelbar vermischen. Vorteilhafterweise weist der Ladungstauscher wenigstens ein Tubularelement auf. Das Tubularelement ist in einem Fluidkreislauf derart angeordnet, dass es in der Strömung wenigstens eines der Fluidkreisläufe - vorzugsweise des ersten Fluidkreislaufes - angeordnet ist, sodass es von einem darin enthaltenen Fluid durchströmt wird. Somit ist die Kontaktflächenraumdichte zwischen dem Fluid, das das Tubularelement durchströmt, und dem Ladungstauscher durch den kreisförmigen Querschnitt des Tubularelements größer als bei einer ebenen Membran. Die Kontaktflächenraumdichte ist das Verhältnis zwischen der Kontaktfläche des Fluides mit dem Tubularelement und dem Raum, den das Tubularelement einnimmt. Es ist möglich eine Mehrzahl an Ladungstauschern in die Fluidkreisläufe einzubauen.
  • Bevorzugt ist das Tubularelement an seiner Außenfläche von einem Fluid des weiteren Fluidkreislaufs - vorzugsweise des zweiten Fluidkreislaufes - umströmt. Somit ergibt sich ebenfalls eine höhere Kontaktflächendichte für den Kontakt von außen. Also können aufgrund der vergrößerten Kontaktflächen vorteilhaft elektrische Ladungen zwischen den Fluidkreisläufen ausgetauscht werden.
  • Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung weist Fluidkreisläufe auf, die sich im Bereich des Ladungstauschers kreuzen. So können die Tubularelemente in der Richtung der Strömung eines Fluidkreislaufes ausgerichtet sein, und von diesem durchströmt werden, und gleichzeitig quer - insbesondere senkrecht - zu dieserRichtung von der Strömung des anderen Fluidkreislaufes umströmt werden. So kann eine große Volumenstromdichte am Querschnitt des Ladungstauschers realisiert werden, sodass immer frisches Fluid für den Austausch elektrischer Ladungen vorhanden ist.
  • Ist das Tubularelement rohrförmig und/oder stabförmig, ausgebildet, kann eine besonders ergiebige Kontaktfläche bereitgestellt werden. Dabei können kreisförmige und/oder elliptische und/oder sternförmige und/oder eckige bzw. polygonale und/oder aus Bögen zusammengesetzte Querschnitte in Durchströmungsrichtung des Tubularelements realisiert werden. Das Tubularelement ist vorzugsweise hohl, wie ein Rohr, ausgebildet. Insbesondere ist es möglich das Tubularelement aus einem in seiner Längsrichtung für das Fluid porösen Material herzustellen, das jedoch in seiner Querrichtung nicht porös für das Fluid ist, jedoch durchlässig für Ladungsträger. Das Tubularelement weist dabei in seiner Durchströmungsrichtung gerade und/oder wellenförmige und/oder spiralförmige Abschnitte auf. Es ist wenigstens teilweise aus einem keramischen und/oder einem kunststoffhaltigen und/oder einem metallischen und/oder einem fetthaltigen und/oder einem cellulosehaltigen Material aufgebaut, das wenigstens teilweise durchlässig für Ladungsträger ist. Diese Werkstoffe können auch nur in dem aufbauenden Material beinhaltet sein. Die Ladungsträger können dabei Ionen und/oder Elektronen und/oder Protonen und/oder ionisierte Moleküle und/oder polare Moleküle und/oder geladene Granulatteilchen sein. Dabei ist ein solches Tubularelement mit einem mittleren Durchmesser von 0,01 bis 100 mm, jedoch insbesondere von 0,1 bis 5 mm, aber im Speziellen von in etwa 1 mm versehen.
  • Eine besonders ergiebige Weiterbildung der Vorrichtung weist eine Mehrzahl von Tubularelementen im Ladungstauscher auf. Dabei ist unter eine Mehrzahl die Anzahl von zwei umfasst. Der Abstand zwischen den einzelnen Tubularelementen beträgt kann im Nanometerbereich bis hin zum Zentimeterbereich liegen. Die Mehrzahl vervielfacht die Wirkung des Tubularelements.
  • Vorteilhafterweise ist das Tubularelement in einer Matrix angeordnet. Dadurch kann das Tubularelement in der Vorrichtung bzw. in dem Ladungstauscher ausgerichtet und fixiert werden. Die Matrix ist dabei vorzugsweise aus zwei planparallelen Platten aufgebaut, die jeweils an einem Ende der Tubularelemente angeordnet und zweckmäßigerweise zueinander beabstandet sind, sodass die Tubularelemente bis zum äußeren Rand der Matrix reichen, und von außen durchströmt werden können. Zwischen den planparallelen Platten ist ein Spalt oder Strömungsraum ausgebildet der durch den Abstand der Platten bestimmt ist, und der von wenigstens einem Tubularelement durchsetzt ist. Den Spalt kann das Fluid des zweiten Fluidkreislaufes durchströmen und Ladungsträger mit dem Fluid des anderen Fluidkreislaufes austauschen.
  • Die Matrix weist vorteilhafte Bänder auf, zwischen denen wenigstens ein Tubularelement angeordnet ist, sodass eine besonders einfache Ausrichtung des Tubularelements erfolgen kann. Das Tubularelement ist zwischen zwei Bändern angeordnet. Dabei sind die Bänder in der Matrix angeordnet und verlaufen im Wesentlichen parallel zueinander. Die Bänder können aus Gummi und/oder Kunststoff und/oder aus Keramik und/oder aus einem Gewebe und/oder einem Gewirk und/oder einem Gestrick und/oder einem Geflecht sein. Es ist auch denkbar, dass ein Tubularelement in einem Band angeordnet ist und von diesem umgeben ist. Dabei ist es möglich das Tubularelement zu umweben und/oder zu umstricken und/oder zu umwirken und/oder zu umflechten. Weiter ist es möglich die Bänder einstückig mit dem Tubularelement zu fertigen, und dabei das gleiche Material für die Bänder als auch das Tubularelement zu verwenden. Für alle Varianten ist es möglich eine Mehrzahl von Tubularelementen zu verwenden.
  • Weiter ist es von Nutzen, wenn die Matrix einen flächigen Stoffteil enthält, das ein Gewirk und/oder ein Gestrick und/oder ein Gewebe und/oder ein Geflecht ist. Es umgibt dabei eine Mehrzahl von Tubularelementen, und sich im Wesentlichen quer zur Durchströmungsrichtung der Tubularelemente erstreckt. So kann im Fall von einem plattenartigen Matrixteil an jeweils einem Ende der Tubularelemente lediglich ein z.B. Gewirk angeordnet werden, in dem die Endbereiche der Tubularelemente angeordnet sind. Dies erfolgt z.B. für jedes Ende der Tubularelemente. Dies erleichtert die Anordnung der Tubularelemente.
  • Die Matrix umfasst ein Kunstharz und/oder Glas, in dem ein Tubularelement angeordnet ist. Das erhöht die Steifigkeit der Matrix. Dabei wird das angeordnete Tubularelement mit einem Harz und/oder einem Glas umgossen und/oder umspritzt. Vorher ist das Tubularelement vorzugsweise in das Gewirk und/oder Gestrick und/oder Gewebe und/oder Geflecht eingefügt worden, welches dann ebenfalls von dem Harz und/oder Glas umgeben wird. Ist das Harz und/oder Glas nachfolgend ausgehärtet, wird es anschließend derart - vorzugsweise spanend - bearbeitet, dass das Tubularelement am Rand der Matrix endet. So ist das Tubularelement von außen zugänglich, und kann durchströmt werden. Das Tubularelement weist eine Öffnung am Rand der Matrix auf. Es sind alternativ eine Vielzahl von Tubularelementen angeordnet.
  • Um einen möglichst hohen Fluidstrom im Fluidkreislauf zu erreichen, ist wenigstens eine Pumpe in jedem Fluidkreislauf enthalten, sodass jeweils eine Strömung in definierter Richtung erzeugt werden kann. Es können auch mehrere Pumpen je Fluidkreislauf eingebaut werden. Dabei können die Pumpen durch die in der Vorrichtung gespeicherte elektrische Energie betrieben werden. Die Pumpen führen das Fluid durch Leitungen zum Ladungstauscher, wo das eine Fluid seine Ladungsträger an das andere Fluid abgibt.
  • Ein Fluidspeicher ist vorteilhafter Weise in jedem Fluidkreislauf enthalten, wobei der Fluidspeicher vorzugsweise als Tank ausgebildet ist. Die Pumpen führen das Fluid aus den Fluidspeichern durch Leitungen zum Ladungstauscher. So wird eine kostengünstige Erweiterung der Kapazität erreicht, indem man einen größeren Fluidspeicher wählt. Es ist möglich, dass ein Fluidkreislauf offen ist und die Umgebungsluft für einen Ladungsaustausch heranzieht, sodass nur der weitere Fluidkreislauf einen Fluidspeicher aufweist.
  • Zweckmäßiger Weise sind die Fluidkreisläufe in sich geschlossene Kreisläufe. In diesen Fluidkreisläufen zirkulieren flüssige Elektrolyte. Insbesondere enthalten sie eine Salzlösung und/oder eine Säure und/oder eine Base. Die Elektrolyte können dabei vanadiumhaltig und/oder bromhaltig und/oder zinkhaltig und/oder natriumhaltig sein. Es können auch weitere Elemente des Periodensystems zum Einsatz kommen.
  • Vorteilhaft ist es, wenn wenigstens eine Elektrode pro Fluidkreislauf eingebaut ist. Dabei ist die Elektrode insbesondere wenigstens Teilweise aus Graphit. An den Elektroden kann die Spannung bzw. der Strom der durch die Vorrichtung erzeugt wird abgeführt werden. Weiter kann mittels der Elektroden eine Spannung an die Fluide gelegt werden, um deren Ladungsträger von einem Fluid in das weitere über den Ladungstauscher zu verschieben, und so den Akkumulator zu laden. Die Elektroden sind in den Fluidspeichern und/oder den Leitungen und/oder im Ladungstauscher eingebaut. Insbesondere ist es möglich, dass die Wandung eines Tanks als Elektrode ausgeführt ist, oder das die Elektrode ein freies Ende ungefähr mittig im Tank aufweist. In jedem Fall ist ein Kontakt der Elektrode nach außerhalb des fluidführenden Bereichs ausgebildet.
  • Legt man eine externe Spannung an die Flüssigkeiten der Vorrichtung nach der Erfindung bzw. den Ladungstauscher an, werden die Ladungsträger der einen Flüssigkeit in die andere Flüssigkeit transferiert, und der Akkumulator mit Energie geladen. Im umgekehrten Fall, also wenn die externe Spannung von den Flüssigkeiten entfernt wird, und stattdessen ein Verbraucher zwischen die Flüssigkeiten geschaltet wird, wird die gespeicherte Energie in Form eines Stromes entnommen.
  • Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar sind. Der Rahmen der Erfindung ist nur durch die Ansprüche definiert.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die zugehörige Zeichnung näher erläutert.
  • Es zeigt:
    • 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie in zwei elektrolytischen Flüssigkeiten zweier Fluidkreisläufe im Teilschnitt,
    • 2 ein Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Ladungstauscher mit einer Mehrzahl von Tubularelementen, die durch die beiden Flüssigkeiten umströmt und durchströmt werden,
    • 3 den Ladungstauscher nach 2 innerhalb der Vorrichtung nach 1 in einer vergrößerten Ansicht,
    • 4 eine Schnittdarstellung des Ladungstauschers nach 2,
    • 5 einen Teilschnitt einer perspektivischen Ansicht des Ladungstauschers nach 2 mit einer Vielzahl von Tubularelementen und
    • 6 eine perspektivische Ansicht des Ladungstauschers nach 2 mit einer Vielzahl von Tubularelementen.
  • Die Vorrichtung 10 umfasst wenigstens einen ersten und einen zweiten Fluidkreislauf 12, 14, Jeder der Fluidkreisläufe 12, 14 ist aus separaten und voneinander getrennten Leitungen 35, 37 aufgebaut. Die Leitungen 35, 37 der beiden Fluidkreisläufe 12, 14 führen zu einem Ladungstauscher 16. In den Leitungen 35, 37 des Ausführungsbeispiels wird ein Fluid 22, 24 geführt. Dabei durchströmt den ersten Fluidkreislauf 12 ein erstes Fluid 22 in den Leitungen 37, das eine unterschiedliche elektrische Ladung gegenüber einem zweiten Fluid 24 des zweiten Fluidkreislaufes 14 aufweist. Im Bereich des Ladungstauschers 16 strömen die Fluide 22, 24 aneinander vorbei. Der Ladungstauscher 16 weist eine Vielzahl von Tubularelementen 18 auf. In 1 sind schematisch acht Tubularelemente 18 abgebildet, wobei selbstverständlich beliebig viele Tubularelemente 18 angeordnet werden können. Die Tubularelemente 18 sind in einer durch einen Pfeil 20 dargestellten Strömung des ersten Fluidkreislaufes 12 angeordnet. Auf diese Weise wird erreicht, dass die Tubularelemente 18 von dem ersten Fluid 22 in einem Vorlauf durchströmt werden und das erste Fluid 22 nach dem Austreten aus den Tubularelementen 18 über einen Rücklauf aus dem Ladungstauscher 16 wieder in einer Leitung 37 des Fluidkreislaufes 14 geführt wird.
  • Die Tubularelemente 18 werden an ihrer Außenfläche 19 von dem zweiten Fluid 24 umströmt, wie in 1 zu erkennen ist. Dabei führt der zweite Fluidkreislaufs 14 das zweite Fluid 24 durchentsprechende Leitungen 35 quer an die Tubularelemente 18, sodass das Fluid 24 zwischen den Tubularelementen 18 hindurchströmt, und somit die einzelnen Tubularelemente 18 außenseitig umströmt. Wenn das Fluid 24 den Ladungstauscher 16 wieder verlässt, wird durchströmt es wieder die Leitung 35 des Fluidkreislaufes 14. Da das erste Fluid 22 durch die Tubularelemente 18 strömt und das zweite Fluid 24 die Tubularelemente 18 außenseitig umströmt, erfolgt ein Austausch elektrischer Ladungen zwischen den Fluidkreisläufen 12, 14 im Ladungstauscher 16 und ein Ladungsaustauscherfolgt von dem ersten Fluid 22 zu dem zweiten Fluid 24 und umgekehrt. Dies ist abhängig davon, ob ein elektrischer Verbraucher die ausgetauschten Ladungen aus der Vorrichtung entnimmt, oder ob eine elektrische Spannung an die Fluide 22, 24 angelegt ist.
  • Nach 1 kreuzen sich die Fluidkreisläufe 12, 14 im Bereich des Ladungstauschers 16 zweimal. Dabei sind schlauch- oder rohrförmigen Leitungen 33 des zweiten Fluidkreislaufes 14 zur Zu- und Ableitung des zweiten Fluids 24 derart mit dem Ladungstauscher 16 verbunden, dass der Ladungstauscher 16 zwischen Leitungen 33 installiert ist, um das Fluid zu- und abzuleiten. Dementsprechend strömt das zweite Fluid 24 durch die Leitung 33 in den Ladungstauscher 16, umströmt die Tubularelemente 18 außenseitig und wird durch die Leitung 33 wieder aus dem Ladungstauscher 16 abgeleitet.
  • Die Leitungen 37 des ersten Fluidkreislaufes 12 sind derart angeordnet, dass das Fluid 22 auf einer Seite in den Ladungstauscher 16 gelangt, durch stirnseitige Öffnungen 21 der Tubularelemente 18 in diese einströmt und die Tubularelemente 18 durchströmt. Nach dem Durchströmen der Tubularelemente 18 tritt das erste Fluid 22 aus den Tubularelementen 18 aus, gelangt in einen geschlossenen Rückführraum 17 im Ladungstauscher 16 und wird der rückführenden Leitung 37 des ersten Fluidkreislaufes 12 zugeführt.
  • Jedes dargestellte Tubularelement 18 ist rohrförmig ausgebildet. Es ist selbstverständlich möglich,das Tubularelement 18 für diese Anwendung stabförmig derart porös zu realisieren, dass das Fluid 22 durch das Tubularelement 18 transportierbar ist. Im Weiteren ist das Tubularelement 18 mit einem geradlinigen Verlauf und einem kreisförmigen Querschnitt dargestellt und besteht aus einem keramischen Material, welches wenigstens teilweise durchlässig für Ladungsträger ist. Die Tubularelemente 18 stellen Röhrchen 23 dar, die das als eine Flüssigkeit ausgebildete Fluid 22 leiten können.
  • Die Tubularelemente 18 sind in einer Matrix 28 angeordnet. Dabei ist die Matrix 28 an den Enden im Bereich der Öffnungen 21 der Tubularelemente 18 angeordnet. Die Matrix 28 besteht im Wesentlichen aus zwei planparallelen Platten 30, die voneinander getrennt, also zueinander beabstandet sind, sodass ein Spalt s entsteht. Durch den Spalt s strömt das zweite Fluid 24. Die Platten 30 verlaufen außenseitig bündig bzw. in einer Ebene liegend mit den Öffnungen 21, durch die die Strömung es ersten Fluids 22 in die Tubularelemente 18 hinein bzw. heraus geleitet wird. Die eine Platte 30 ist der den Vorlauf bildenden Leitung 37 und die gegenüberliegende Platte 30 dem mit der den Rücklauf bildenden Leitung 37 verbundenen Rückführraum 17 zugewandt.
  • Die Matrix 28 umfasst Bänder 32, zwischen denen die Tubularelemente 18 angeordnet sind. Dabei ist eine Vielzahl von Tubularelementen 18 zwischen jeweils zwei Bändern 32 angeordnet. An Stelle der Bänder 32 kann selbstverständlich ein flächiges, sich umdieTubularlemente 18 erstreckendesGewirk oder Gestrick oder dergleichen vorgesehen werden, dessen Wirkung, nämlich eine gerichtete Anordnung des Tubularlemente 18 zueinander, äquivalent ist. Zweckmäßigerweise sind die Tubularlemente 18 nicht nur in der Ebene der Platten der Matrix 26, sondern auch in der Längsrichtung der Tubularelemente 18 gehalten, sodass eine Ausrichtung der Tubularlemente 18 in allen drei Raumrichtungen erfolgt.
  • Die Platten 30 der Matrix 28 sind beispielsweise aus einem Kunststoff gefertigt, in den die Tubularelemente 18 abschnittweise eingebettet sind.
  • Zur Erzeugung der gerichteten Strömung der Fluide 22, 24 ist jeweils eine Pumpe 34 in jedem Fluidkreislauf 12, 14 installiert. Weiterhin ist als Fluidspeicher 36 in jedem Fluidkreislauf 12, 14 ein Tank 38 vorgesehen, der die Fluide 22, 24 speichert. Aus dem Tank 38 wird durch die jeweils zugeordnete Pumpe 34 das erste oder zweite Fluid 22, 24 durch die zugeordneten Leitungen 35, 37 zum Ladungstauscher 16 transportiert.
  • In den Tanks 38 ist jeweils mindestens eine Elektrode 40 angeordnet, deren freies Ende ungefähr mittig auf Höhe des Zu- und Abflusses des jeweiligen Tanks 38 ausgerichtet ist.
  • Die Fluidkreisläufe 12, 14 sind in sich geschlossene Kreisläufe von einem flüssigen Elektrolyten. Insbesondere enthält der Kreislauf eine Flüssigkeit mit einer Salzlösung und/oder einer Säure und/oder einer Base.
  • Die Fertigung der Matrix 28 erfolgt beispielsweise dadurch, dass mehrere Tubularelemente 18 parallel und beabstandet zueinander ausgerichtet fixiert und anschließend gehalten werden. Alternativ kann ein Tubularelement 18 schlangenförmig ausgerichtet werden, so dass gerade Abschnitte parallel und beabstandet zueinander ausgerichtet fixiert werden können und Umkehrbögen in gegenüberliegenden Ebenen ausgerichtet sind.
  • Nach dem Fixieren werden die Tubularelemente 18 endseitig beispielsweise in ein Kunststoffmaterial eingebettet, das nach einem Verfestigen insbesondere spanend bearbeitet wird, um stirnseitge Öffnungen der Tubularelemente 18 freizulegen. Hierbei werden beispielsweise die Umkehrbögen der schlangenförmig angeordnete Tubularelemente 18 zerspant bzw. abgetrennt.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 3996064 A [0003]

Claims (19)

  1. Vorrichtung (10) zum Speichern von elektrischer Energie umfassend mindestens zwei Fluidkreisläufe (12, 14) mit Fluiden (22), die wenigstens einmal im Bereich eines Ladungstauschers (16) aneinander vorbei strömen, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladungstauscher (16) wenigstens ein Tubularelement (18) aufweist, das in mindestens einem der Fluidkreisläufe (12, 14) derart angeordnet ist, dass es von dem darin enthaltenen Fluid (22) durchströmbar ist.
  2. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Tubularelement (18) von dem Fluid (22) eines ersten Fluidkreislaufes (12) durchströmbar ist.
  3. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Tubularelement (18) an seiner Außenfläche (19) von einem Fluid (24) eines weiteren Fluidkreislaufs (14, 12) umströmt wird, sodass durch den Ladungstauscher (16) elektrische Ladungen der Fluidkreisläufe (12, 14) austauschbar sind.
  4. Vorrichtung (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Tubularelement (18) von dem Fluid (24) eines zweiten Fluidkreislaufes (12) umströmbar ist.
  5. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Fluidkreisläufe (12, 14) im Bereich des Ladungstauschers (16) kreuzen.
  6. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Tubularelement (18) rohrförmig und/oder stabförmig ausgebildet ist, und dabei das Tubularelement (18) gerade und/oder wellenförmige und/oder spiralförmige Abschnitte aufweist,
  7. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Tubularelement (18) aus einem keramischen und/oder kunststoffhaltigen und/oder ein metallischen und/oder ein fetthaltigen und/oder cellulosehaltigen Material (26) gefertigt ist, daszumindest teilweise für Ladungsträger durchlässig ist.
  8. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Tubularelementen (18) in dem Ladungstauscher (16) angeordnet sind.
  9. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Tubularelement (18) in einer Matrix (28) angeordnet ist.
  10. Vorrichtung (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix (28) zwei planparallele Platten (30) umfasst.
  11. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix (28) Bänder (32) aufweist, zwischen denen wenigstens ein Tubularelement (18) angeordnet ist.
  12. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix (28) ein Gewirke und/oder ein Gestrick und/oder ein Gewebe und/oder ein Geflecht enthält, das das Tubularelement (18) umgibt.
  13. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix (28) einen Kunststoff, ein Kunstharz und/oder Glas umfasst, in das ein Tubularelement (18) angeordnet ist.
  14. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Pumpe (34) in jedem Fluidkreislauf (12, 14) zur Erzeugung jeweils einer Strömung angeordnet ist.
  15. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Fluidspeicher (36) in jedem Fluidkreislauf (12, 14) enthalten ist.
  16. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Elektrode (40) in jeweils einem Fluidkreislauf (12, 14) eingebaut ist.
  17. Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidkreisläufe (12, 14) in sich geschlossene Kreisläufe von einem flüssigen Elektrolyten sind, das eine Salzlösung und/oder eine Säure und/oder eine Base enthält.
  18. Ladungstauscher (16) für eine Vorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Ladungstauscher (16) Tubularelemente (18) aufweist, die aus einem Material (26) bestehen, das für Ladungsträger durchlässig ist, wobei die Tubularelemente (18) in einer Matrix (28) angeordnet sind.
  19. Verfahren zur Herstellung eines Ladungstauschers nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei wenigstens ein Tubularelement (18) in einer Matrix (28) angeordnet wird, die nachfolgend aushärtet und anschließend derart bearbeitet wird, dass das Tubularelement (18) am Rand der Matrix (28) geöffnet ist.
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