DE102019102955B3 - Heat storage device and method for storing or providing heat by means of a heat storage device - Google Patents
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Abstract
Um eine Wärmespeichervorrichtung bereitzustellen, welche bei vereinfachter Herstellbarkeit mit einer hohen Effizienz beladen oder entladen werden kann, wird vorgeschlagen, dass die Wärmeübertragungseinrichtung eine erste Strömungseinrichtung und eine zweite Strömungseinrichtung aufweist, dass die erste Strömungseinrichtung und die zweite Strömungseinrichtung jeweils in thermischem Kontakt mit der Speichereinrichtung und/oder miteinander stehen, dass durch die erste Strömungseinrichtung ein erstes Wärmeübertragungsmedium und durch die zweite Strömungseinrichtung ein zweites Wärmeübertragungsmedium strömbar ist, dass die erste Strömungseinrichtung von der zweiten Strömungseinrichtung fluidisch getrennt ist und dass die Wärmeübertragungseinrichtung mindestens ein selektiv mit elektrischer Energie beaufschlagbares elektrisches Heizelement umfasst, das mit mindestens einer der Strömungseinrichtungen und/oder mit der Speichereinrichtung in thermischem Kontakt steht.In order to provide a heat storage device that can be loaded or unloaded with a high efficiency while being easier to manufacture, it is proposed that the heat transfer device have a first flow device and a second flow device, that the first flow device and the second flow device are each in thermal contact with the storage device and / or stand together that a first heat transfer medium can flow through the first flow device and a second heat transfer medium can flow through the second flow device, that the first flow device is fluidly separated from the second flow device and that the heat transfer device comprises at least one electrical heating element that can be selectively acted on by electrical energy, which is in thermal contact with at least one of the flow devices and / or with the storage device.
Description
Die Erfindung betrifft eine Wärmespeichervorrichtung, umfassend eine Speichereinrichtung, welche ein Speichermedium zum Speichern von Wärme aufweist, und eine Wärmeübertragungseinrichtung, durch welche der Speichereinrichtung Wärme zuführbar oder Wärme von dieser abführbar ist, wobei die Wärmeübertragungseinrichtung eine erste Strömungseinrichtung und eine zweite Strömungseinrichtung aufweist, die jeweils in thermischem Kontakt mit der Speichereinrichtung und/oder miteinander stehen, wobei durch die erste Strömungseinrichtung ein erstes Wärmeübertragungsmedium und durch die zweite Strömungseinrichtung ein zweites Wärmeübertragungsmedium strömbar ist und die erste Strömungseinrichtung von der zweiten Strömungseinrichtung fluidisch getrennt ist, und wobei die Wärmeübertragungseinrichtung mindestens ein selektiv mit elektrischer Energie beaufschlagbares elektrisches Heizelement umfasst, das mit mindestens einer der Strömungseinrichtungen und/oder mit der Speichereinrichtung in thermischem Kontakt steht.The invention relates to a heat storage device, comprising a storage device which has a storage medium for storing heat, and a heat transfer device, through which heat can be supplied to or removed from the heat device, the heat transfer device having a first flow device and a second flow device, each of which are in thermal contact with the storage device and / or with one another, a first heat transfer medium being able to flow through the first flow device and a second heat transfer medium being able to flow through the second flow device and the first flow device being fluidically separated from the second flow device, and the heat transfer device being selectively at least one Electrical energy applied electrical heating element comprising at least one of the flow devices and / or with the storage device is in thermal contact.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Speichern oder Bereitstellen von Wärme mittels einer Wärmespeichervorrichtung.The invention further relates to a method for storing or providing heat by means of a heat storage device.
Aus der
Aus der
Aus der
Eine Wärmespeichervorrichtung der eingangs genannten Art ist in der nichtvorveröffentlichten
Die
Die
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wärmespeichervorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, welche bei vereinfachter Herstellbarkeit mit einer hohen Effizienz beladen oder entladen werden kann.The invention has for its object to provide a heat storage device of the type mentioned, which can be loaded or unloaded with high efficiency with simplified manufacture.
Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Wärmespeichervorrichtung erfindungsgemäß mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst.This object is achieved in the heat storage device mentioned at the outset according to the invention with the features of the characterizing part of claim 1.
Die erste Strömungseinrichtung und die zweite Strömungseinrichtung stehen jeweils in thermischem Kontakt mit der Speichereinrichtung. Dies ermöglicht eine einfache Zufuhr oder Abfuhr von Wärme zu bzw. von dem Speichermedium der Speichereinrichtung.The first flow device and the second flow device are each in thermal contact with the storage device. This enables simple supply or removal of heat to or from the storage medium of the storage device.
Um der Wärmespeichervorrichtung Wärme zuzuführen, wird die erste Strömungseinrichtung beispielsweise von einem heißen ersten Wärmeübertragungsmedium durchströmt, welches seine Wärme über die Wärmeübertragungseinrichtung an das Speichermedium abgibt. Zur Entnahme von Wärme aus der Wärmespeichervorrichtung wird beispielsweise die zweite Strömungseinrichtung mit einem kalten zweiten Wärmeübertragungsmedium durchströmt, auf welches die Speichereinrichtung über die Wärmeübertragungseinrichtung ihre gespeicherte Wärme abgibt.In order to supply heat to the heat storage device, a hot first heat transfer medium flows through the first flow device, for example, which emits its heat to the storage medium via the heat transfer device. To remove heat from the heat storage device, for example, the second flow device is flowed through with a cold second heat transfer medium, to which the storage device releases its stored heat via the heat transfer device.
Durch die fluidische Trennung der ersten Strömungseinrichtung von der zweiten Strömungseinrichtung können zum Be- und Entladen der Wärmespeichervorrichtung jeweils unterschiedliche Wärmeübertragungsmedien eingesetzt werden. Es lassen sich dadurch beispielsweise zeitgleich ein erstes heißes Wärmeübertragungsmedium durch die erste Strömungseinrichtung und ein zweites kaltes Wärmeübertragungsmedium durch die zweite Strömungseinrichtung strömen. Dies ermöglicht beispielsweise eine zeitgleiche Be- und Entladung der Wärmespeichervorrichtung.Due to the fluidic separation of the first flow device from the second flow device, different heat transfer media can be used to load and unload the heat storage device. As a result, for example, a first hot heat transfer medium can flow simultaneously through the first flow device and a second cold heat transfer medium can flow through the second flow device. This enables, for example, simultaneous loading and unloading of the heat storage device.
Unter fluidisch getrennt ist insbesondere zu verstehen, dass die erste Strömungseinrichtung und die zweite Strömungseinrichtung fluidwirksam voneinander getrennt sind und/oder dass die erste Strömungseinrichtung und die zweite Strömungseinrichtung jeweils vollständig voneinander getrennte Strömungswege für Wärmeübertragungsfluid aufweisen. Fluidically separated is to be understood in particular to mean that the first flow device and the second flow device are separated from one another in a fluid-effective manner and / or that the first flow device and the second flow device each have completely separate flow paths for heat transfer fluid.
Das erste und das zweite Wärmeübertragungsmedium können unterschiedliche Stoffe sein. Alternativ ist denkbar, dass das erste Wärmeübertragungsmedium und das zweite Wärmeübertragungsmedium identische Stoffe sind.The first and the second heat transfer medium can be different substances. Alternatively, it is conceivable that the first heat transfer medium and the second heat transfer medium are identical substances.
Ein jeweiliges Wärmeübertragungsmedium kann eine Flüssigkeit oder ein Gas sein, worunter vorliegend auch Gemische von Flüssigkeiten bzw. von Gasen verstanden werden können.A respective heat transfer medium can be a liquid or a gas, which in the present context can also be understood to mean mixtures of liquids or gases.
Die erste Strömungseinrichtung und die zweite Strömungseinrichtung stehen insbesondere miteinander in thermischem Kontakt. Dies ermöglicht eine Wärmeübertragung von Wärme aus dem ersten Wärmeübertragungsmedium auf das zweite Wärmeübertragungsmedium (oder umgekehrt).The first flow device and the second flow device are in thermal contact with one another in particular. This enables heat to be transferred from the first heat transfer medium to the second heat transfer medium (or vice versa).
Die technische Ausführung der ersten Strömungseinrichtung bzw. der zweiten Strömungseinrichtung lässt sich jeweils anhand der physikalischen Parameter des ersten Wärmeübertragungsmediums bzw. des zweiten Wärmeübertragungsmediums optimieren. Relevante Parameter der durch die jeweilige Strömungseinrichtung strömenden Wärmeübertragungsmedien sind beispielsweise Druck und/oder Temperatur. Weitere relevante Parameter sind beispielsweise ein Massenstrom des jeweiligen Wärmeübertragungsmediums und/oder eine Korrosivität des jeweiligen Wärmeübertragungsmediums. Anhand der genannten Parameter können beispielsweise Wanddicken oder verwendete Materialien der jeweiligen Strömungseinrichtung optimal gewählt werden.The technical design of the first flow device or the second flow device can be optimized in each case on the basis of the physical parameters of the first heat transfer medium or of the second heat transfer medium. Relevant parameters of the heat transfer media flowing through the respective flow device are, for example, pressure and / or temperature. Other relevant parameters are, for example, a mass flow of the respective heat transfer medium and / or a corrosiveness of the respective heat transfer medium. Using the parameters mentioned, wall thicknesses or materials used for the respective flow device can be optimally selected.
Die erste Strömungseinrichtung und/oder die zweite Strömungseinrichtung umfassen insbesondere jeweils eines oder mehrere Rohrelemente, durch welche das jeweilige Wärmeübertragungsmedium strömbar ist.The first flow device and / or the second flow device each comprise in particular one or more pipe elements through which the respective heat transfer medium can flow.
Die Wärmeübertragungseinrichtung der erfindungsgemäßen Wärmespeichervorrichtung umfasst ferner mindestens ein elektrisches Heizelement. Das Heizelement kann selektiv mit elektrischer Energie beaufschlagt werden. Beispielsweise wird das Heizelement wahlweise mit einer elektrischen Energieversorgungseinrichtung in elektrischen Kontakt gebracht.The heat transfer device of the heat storage device according to the invention further comprises at least one electric heating element. Electrical energy can be selectively applied to the heating element. For example, the heating element is optionally brought into electrical contact with an electrical energy supply device.
Das mindestens eine Heizelement steht insbesondere mit mindestens einer Strömungseinrichtung und vorzugsweise beiden Strömungseinrichtungen in thermischem Kontakt. Auf diese Weise kann vom Heizelement abgegebene Wärme auf das erste und/oder das zweite Wärmeübertragungsmedium übertragen werden, um diese(s) zu beladen.The at least one heating element is in thermal contact with at least one flow device and preferably both flow devices. In this way, heat given off by the heating element can be transferred to the first and / or the second heat transfer medium in order to load them.
Alternativ oder ergänzend steht das mindestens eine Heizelement mit der Speichereinrichtung in thermischem Kontakt. Dies bietet den Vorteil, dass vom Heizelement abgegebene Wärme auf die Speichereinrichtung übertragen werden kann, um diese zu beladen.Alternatively or additionally, the at least one heating element is in thermal contact with the storage device. This offers the advantage that heat emitted by the heating element can be transferred to the storage device in order to load it.
Selektives Aktivieren des mindestens einen Heizelementes ermöglicht einen vielseitigen Einsatz der Wärmespeichervorrichtung. Der Austausch von Wärme zwischen den Wärmeübertragungsmedien untereinander und/oder mit der Speichereinrichtung kann gezielt unterstützt werden, um einen optimalen Betriebspunkt der Wärmespeichervorrichtung einzustellen.Selective activation of the at least one heating element enables the heat storage device to be used in a variety of ways. The exchange of heat between the heat transfer media with one another and / or with the storage device can be specifically supported in order to set an optimal operating point of the heat storage device.
Vorteilhaft ist es, dass das mindestens eine Heizelement in zwei oder mehr unabhängig voneinander oder gemeinsam mit elektrischer Energie beaufschlagbare Segmente unterteilt ist. Dies verleiht der Wärmespeichervorrichtung eine höhere Vielseitigkeit. Je nachdem, welches Segment des Heizelementes mit elektrischer Energie beaufschlagt wird, kann vom Heizelement räumlich definiert Wärme abgegeben werden. Dies bietet zum Beispiel die Möglichkeit, das erste und/oder zweite Wärmeübertragungsmedium und/oder die Speichereinrichtung an definierter räumlicher Position mit Wärme des Heizelementes zu beaufschlagen.It is advantageous that the at least one heating element is divided into two or more segments that can be acted upon independently or together with electrical energy. This gives the heat storage device greater versatility. Depending on which segment of the heating element is supplied with electrical energy, the heating element can emit spatially defined heat. This offers, for example, the possibility of applying heat from the heating element to the first and / or second heat transfer medium and / or the storage device at a defined spatial position.
Durch räumlich selektive Übertragung von Wärme des mindestens einen Heizelementes an die Speichereinrichtung kann bei einer bevorzugten Ausführungsform eine Durchmischung des Speichermediums aufgrund unterschiedlicher Temperaturen vermieden werden.In a preferred embodiment, thorough mixing of the storage medium due to different temperatures can be avoided by spatially selective transfer of heat from the at least one heating element to the storage device.
Vorgesehen sein kann, dass die Segmente jeweils einzeln mit unterschiedlicher elektrischer Energie beaufschlagt werden, so dass die Segmente unterschiedliche Temperaturen aufweisen können. Vorgesehen sein kann, dass zwei oder mehr Segmente auf dieselbe Temperatur eingestellt werden. It can be provided that the segments are each acted upon individually with different electrical energy, so that the segments can have different temperatures. It can be provided that two or more segments are set to the same temperature.
Insbesondere kann die Temperatur eines jeweiligen Segmentes vorteilhafterweise gesteuert und/oder geregelt werden.In particular, the temperature of a respective segment can advantageously be controlled and / or regulated.
Die Segmente sind beispielsweise in einer Erstreckungsrichtung des mindestens einen Heizelementes aneinandergereiht positioniert.The segments are positioned in a row, for example, in an extension direction of the at least one heating element.
Das mindestens eine Heizelement kann beispielsweise ein Stabelement umfassen. Das Stabelement kann ein Heizstab sein. Das Stabelement kann beispielsweise parallel zu dem vorstehend genannten Rohrelement einer Strömungseinrichtung ausgerichtet sein.The at least one heating element can comprise, for example, a rod element. The The rod element can be a heating element. The rod element can, for example, be aligned parallel to the aforementioned tubular element of a flow device.
Die Speichereinrichtung weist beispielsweise eine Mehrzahl von Speicherelementen auf, welche insbesondere räumlich voneinander getrennt sind.The storage device has, for example, a plurality of storage elements which are spatially separated from one another in particular.
Das Speichermedium der Speichereinrichtung ist oder umfasst beispielsweise ein Phasenwechselmedium. Es lässt sich dadurch innerhalb eines definierten Temperaturbereichs eine große Wärmemenge speichern. Ferner kann dem Phasenwechselmedium insbesondere bei einer zumindest näherungsweise konstanten Temperatur Wärme zugeführt und/oder Wärme von diesem abgeführt werden. Dadurch lässt sich dem Phasenwechselmedium Wärme mit einer hohen Effizienz zuführen und/oder von diesem abführen.The storage medium of the storage device is or comprises, for example, a phase change medium. This allows a large amount of heat to be stored within a defined temperature range. Furthermore, heat can be supplied to and / or heat can be removed from the phase change medium, in particular at an at least approximately constant temperature. As a result, heat can be supplied to and / or removed from the phase change medium with high efficiency.
Günstig ist es, wenn die erste Strömungseinrichtung und/oder die zweite Strömungseinrichtung jeweils als Fluidkreislauf ausgebildet sind/ ist oder jeweils einen Fluidkreislauf umfassen/ umfasst. Dadurch kann der Speichereinrichtung auf technisch einfache Weise Wärme zugeführt oder Wärme von dieser abgeführt werden.It is expedient if the first flow device and / or the second flow device are / are each designed as a fluid circuit or each comprise a fluid circuit. As a result, heat can be supplied to the storage device in a technically simple manner or heat can be removed from it.
Die erste Strömungseinrichtung und/oder die zweite Strömungseinrichtung weisen beispielsweise jeweils vollständig voneinander getrennte Fluidkreisläufe auf.The first flow device and / or the second flow device each have, for example, completely separate fluid circuits.
Das mindestens eine Heizelement ist bei einer bevorzugten Ausführungsform längserstreckt und zumindest abschnittsweise geradlinig ausgebildet. Beispielsweise ist das mindestens eine Heizelement, zumindest abschnittsweise, parallel zu einem Rohrelement mindestens einer Strömungseinrichtung ausgerichtet.In a preferred embodiment, the at least one heating element is elongated and at least partially straight. For example, the at least one heating element is aligned, at least in sections, parallel to a tubular element of at least one flow device.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Wärmeübertragungseinrichtung mindestens ein Wärmeübertragungselement, mittels welchem die erste Strömungseinrichtung und/oder die zweite Strömungseinrichtung und/oder das mindestens eine Heizelement einerseits und das Speichermedium der Speichereinrichtung andererseits thermisch miteinander verbunden sind. Durch das mindestens eine Wärmeübertragungselement kann auf einfache Weise eine thermische Kopplung zwischen der ersten Strömungseinrichtung und/oder der zweiten Strömungseinrichtung und/oder dem Heizelement sowie dem Speichermedium der Speichereinrichtung hergestellt werden.In one embodiment of the invention, the heat transfer device comprises at least one heat transfer element, by means of which the first flow device and / or the second flow device and / or the at least one heating element on the one hand and the storage medium of the storage device on the other hand are thermally connected to one another. A thermal coupling between the first flow device and / or the second flow device and / or the heating element and the storage medium of the storage device can be produced in a simple manner by the at least one heat transfer element.
Günstig ist es, wenn das mindestens eine Wärmeübertragungselement einen Aufnahmekörper umfasst oder bildet, welcher eine einen Innenraum umgebende Wandung des mindestens einen Wärmeübertragungselements bildet, und wenn die erste Strömungseinrichtung und/oder die zweite Strömungseinrichtung und/oder das Heizelement durch den Innenraum des mindestens einen Wärmeübertragungselements verlaufen. Abschnitte der ersten Strömungseinrichtung und/oder der zweiten Strömungseinrichtung und/oder des mindestens einen Heizelementes können beispielsweise mittels des Aufnahmekörpers fixiert werden. Mittels des Aufnahmekörpers kann eine besonders gute thermische Kopplung zwischen der jeweiligen Strömungseinrichtung und/oder dem Heizelement und der Wandung des mindestens einen Wärmeübertragungselements hergestellt werden. Mittels des Aufnahmekörpers kann ferner insbesondere eine thermische Kopplung zwischen den Strömungseinrichtungen untereinander und/oder dem mindestens einen Heizelement und mindestens einer Strömungseinrichtung bereitgestellt werden.It is expedient if the at least one heat transfer element comprises or forms a receiving body, which forms a wall of the at least one heat transfer element surrounding an interior, and if the first flow device and / or the second flow device and / or the heating element through the interior of the at least one heat transfer element run. Sections of the first flow device and / or the second flow device and / or the at least one heating element can be fixed, for example, by means of the receiving body. A particularly good thermal coupling between the respective flow device and / or the heating element and the wall of the at least one heat transfer element can be produced by means of the receiving body. A thermal coupling between the flow devices with one another and / or the at least one heating element and at least one flow device can also be provided by means of the receiving body.
Insbesondere umfasst oder bildet der Aufnahmekörper eine Wandung, welche einen Innenraum des mindestens einen Wärmeübertragungselements umgibt. Durch diesen Innenraum verlaufen beispielsweise zumindest Bereiche der ersten Strömungseinrichtung und/oder der zweiten Strömungseinrichtung und/oder des mindestens einen Heizelementes. Der Innenraum wird vorzugsweise von der ersten Strömungseinrichtung und/oder der zweiten Strömungseinrichtung und/oder dem Heizelement näherungsweise vollständig ausgefüllt.In particular, the receiving body comprises or forms a wall which surrounds an interior of the at least one heat transfer element. At least regions of the first flow device and / or the second flow device and / or the at least one heating element run through this interior, for example. The interior is preferably almost completely filled by the first flow device and / or the second flow device and / or the heating element.
Die erste Strömungseinrichtung und/oder die zweite Strömungseinrichtung und/oder das mindestens eine Heizelement sind beispielsweise mittels des Aufnahmekörpers innerhalb des mindestens einen Wärmeübertragungselements fixiert.The first flow device and / or the second flow device and / or the at least one heating element are fixed, for example, by means of the receiving body within the at least one heat transfer element.
Es kann beispielsweise eine Mehrzahl von Aufnahmekörpern vorgesehen sein, oder der Aufnahmekörper kann in einzelne, voneinander beabstandete Segmente unterteilt sein, welche Aufnahmekörper bzw. welche Segmente in einer Streckungsrichtung der Strömungseinrichtungen und/oder des mindestens einen Heizelementes jeweils im Abstand zueinander positioniert sind. Das Vorsehen mehrerer Aufnahmekörper oder mehrerer Segmente ermöglicht es beispielsweise, die Wärmeleitung zwischen den Aufnahmekörpern oder den Segmenten zu unterbrechen. Eine mögliche Temperaturschichtung in der Speichereinrichtung kann auf diese Weise beibehalten werden, wodurch das Speichermedium gezielt auf unterschiedlichen Temperaturniveaus gehalten werden kann.For example, a plurality of receptacle bodies can be provided, or the receptacle body can be subdivided into individual, spaced-apart segments, which receptacle bodies or which segments are each positioned at a distance from one another in an extension direction of the flow devices and / or the at least one heating element. The provision of a plurality of receiving bodies or a plurality of segments makes it possible, for example, to interrupt the heat conduction between the receiving bodies or the segments. A possible temperature stratification in the storage device can be maintained in this way, as a result of which the storage medium can be deliberately kept at different temperature levels.
Ist wie nachfolgend erläutert eine Rippenstruktur beispielsweise als Bestandteil des Aufnahmekörpers oder mit diesem verbunden vorgesehen, sind insbesondere Rippenstrukturen der Aufnahmekörper voneinander getrennt, oder die Segmente des Aufnahmekörpers weisen voneinander getrennte Rippenstrukturen auf.If, as explained below, a rib structure is provided, for example, as part of the receiving body or connected to it, rib structures are particularly the Receiving body separated from one another, or the segments of the receiving body have rib structures which are separate from one another.
Vorgesehen sein kann, dass die Strömungseinrichtungen und das mindestens eine Heizelement gemeinsam im Innenraum des mindestens einen Wärmeübertragungselementes angeordnet sind. Beispielsweise ist nur ein Innenraumbereich vorgesehen, in dem beide Strömungseinrichtungen und ein Heizelement positioniert sind.It can be provided that the flow devices and the at least one heating element are arranged together in the interior of the at least one heat transfer element. For example, only one interior area is provided, in which both flow devices and a heating element are positioned.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Innenraum durch die Wandung voneinander getrennte Innenraumbereiche umfasst, wobei das mindestens eine Heizelement und mindestens eine der Strömungseinrichtungen in unterschiedlichen Innenraumbereichen angeordnet sind. Beispielsweise sind drei Innenraumbereiche vorgesehen, wobei zwei Innenraumbereiche den beiden Strömungseinrichtungen zugeordnet sind und der dritte Innenraumbereich einem Heizelement.Alternatively, it can be provided that the interior comprises interior areas separated from one another by the wall, the at least one heating element and at least one of the flow devices being arranged in different interior areas. For example, three interior areas are provided, two interior areas being assigned to the two flow devices and the third interior area being assigned to a heating element.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist es günstig, wenn das mindestens eine Heizelement und die Strömungseinrichtungen bezüglich zumindest einer Symmetrieebene oder Symmetrieachse symmetrisch im Innenraum positioniert sind.In a preferred embodiment, it is advantageous if the at least one heating element and the flow devices are positioned symmetrically in the interior with respect to at least one plane of symmetry or axis of symmetry.
Vorgesehen sein kann, dass das mindestens eine Heizelement ein Stabelement umfasst, beispielsweise in Gestalt eines Heizstabes, welches zumindest abschnittsweise in einem Innenraum des mindestens einen Wärmeübertragungselementes verläuft. Insbesondere kann das Stabelement mittels des Aufnahmekörpers im Innenraum des mindestens einen Wärmeübertragungselementes fixiert sein. Das Stabelement lässt sich auf besonders einfache Weise innerhalb des Aufnahmekörpers anordnen und insbesondere einspannen.Provision can be made for the at least one heating element to comprise a rod element, for example in the form of a heating rod, which runs at least in sections in an interior of the at least one heat transfer element. In particular, the rod element can be fixed in the interior of the at least one heat transfer element by means of the receiving body. The rod element can be arranged and in particular clamped in a particularly simple manner within the receiving body.
Insbesondere können die erste Strömungseinrichtung und/oder die zweite Strömungseinrichtung jeweils ein Rohrelement umfassen, welches zumindest abschnittsweise in einem Innenraum des mindestens einen Wärmeübertragungselements verläuft. Das jeweilige Rohrelement lässt sich auf besonders einfache Weise innerhalb des Aufnahmekörpers anordnen und insbesondere einspannen.In particular, the first flow device and / or the second flow device can each comprise a tubular element which runs at least in sections in an interior of the at least one heat transfer element. The respective tubular element can be arranged and in particular clamped in a particularly simple manner within the receiving body.
Insbesondere ist das jeweilige Rohrelement der ersten Strömungseinrichtung und/oder der zweiten Strömungseinrichtung mittels des Aufnahmekörpers im Innenraum des mindestens einen Wärmeübertragungselements fixiert.In particular, the respective tubular element of the first flow device and / or the second flow device is fixed in the interior of the at least one heat transfer element by means of the receiving body.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass das Stabelement und/oder das Rohrelement der ersten Strömungseinrichtung und/oder das Rohrelement der zweiten Strömungseinrichtung die Wandung des mindestens einen Wärmeübertragungselements thermisch und/oder mechanisch kontaktiert. Durch einen thermischen Kontakt wird beispielsweise eine thermische Kopplung zwischen dem Stabelement und/oder dem jeweiligen Rohrelement und der Wandung des mindestens einen Wärmeübertragungselements hergestellt. Ein mechanischer Kontakt zwischen dem Stabelement und/oder den Rohrelementen und der Wandung ermöglicht insbesondere eine mechanisch stabile Anordnung des jeweiligen Elements innerhalb des mindestens einen Wärmeübertragungselements.In one embodiment of the invention, it can be provided that the rod element and / or the tubular element of the first flow device and / or the tubular element of the second flow device make thermal and / or mechanical contact with the wall of the at least one heat transfer element. A thermal contact creates, for example, a thermal coupling between the rod element and / or the respective tubular element and the wall of the at least one heat transfer element. A mechanical contact between the rod element and / or the tubular elements and the wall enables, in particular, a mechanically stable arrangement of the respective element within the at least one heat transfer element.
Das Stabelement und/oder das jeweilige Rohrelement liegen beispielsweise direkt an der Wandung des mindestens einen Wärmeübertragungselements an.The rod element and / or the respective tubular element lie, for example, directly on the wall of the at least one heat transfer element.
Das Stabelement und/oder das Rohrelement der ersten Strömungseinrichtung und/oder das Rohrelement der zweiten Strömungseinrichtung sind jeweils beispielsweise innerhalb des Aufnahmekörpers zueinander beabstandet angeordnet. Das Stabelement und die jeweiligen Rohrelemente sind beispielsweise über einen Wärmeleitkörper, welcher insbesondere zwischen dem Stabelement und den jeweiligen Rohrelementen angeordnet ist, räumlich voneinander getrennt. Durch die zueinander beabstandete Anordnung des Stabelementes und der jeweiligen Rohrelemente können beispielsweise thermomechanische Verspannungen im Betrieb der Wärmespeichervorrichtung reduziert werden, welche insbesondere durch Variieren der Temperaturen der jeweiligen Komponenten erzeugt werden.The rod element and / or the tubular element of the first flow device and / or the tubular element of the second flow device are each arranged at a distance from one another, for example, within the receiving body. The rod element and the respective tubular elements are spatially separated from one another, for example, via a heat-conducting body, which is arranged in particular between the rod element and the respective tubular elements. The spaced apart arrangement of the rod element and the respective tubular elements can, for example, reduce thermomechanical stresses during operation of the heat storage device, which are generated in particular by varying the temperatures of the respective components.
Vorteilhaft kann es sein, wenn das mindestens eine Wärmeübertragungselement einen Wärmeleitkörper aufweist, welcher das mindestens eine Heizelement und/oder die erste Strömungseinrichtung und/oder die zweite Strömungseinrichtung thermisch und/oder mechanisch kontaktiert. Dadurch wird eine verbesserte thermische Kopplung zwischen dem mindestens einen Heizelement und/oder der ersten Strömungseinrichtung und/oder der zweiten Strömungseinrichtung einerseits und dem mindestens einen Wärmeübertragungselement andererseits hergestellt.It can be advantageous if the at least one heat transfer element has a heat-conducting body which makes thermal and / or mechanical contact with the at least one heating element and / or the first flow device and / or the second flow device. This produces an improved thermal coupling between the at least one heating element and / or the first flow device and / or the second flow device on the one hand and the at least one heat transfer element on the other hand.
Aus dem gleichen Grund ist es vorteilhaft, wenn der Wärmeleitkörper eine Wandung des mindestens einen Wärmeübertragungselements thermisch und/oder mechanisch kontaktiert.For the same reason, it is advantageous if the heat-conducting body makes thermal and / or mechanical contact with a wall of the at least one heat transfer element.
Der Wärmeleitkörper ist beispielsweise mit der Wandung bzw. dem Aufnahmekörper des mindestens einen Wärmeübertragungselements einstückig verbunden.The heat-conducting body is connected, for example, in one piece to the wall or the receiving body of the at least one heat transfer element.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Wärmeleitkörper mindestens ein Eingriffselement, das mit einer Wandung des mindestens einen Wärmeübertragungselementes in Eingriff steht. Auf diese Weise kann die mechanische Stabilität der Wärmeübertragungseinrichtung gesteigert werden. Der Wärmeleitkörper kann beispielsweise zwischen Wandungsteile der Wandung eingreifen, die insbesondere miteinander verspannt sein können. Dies sichert den Wärmeleitkörper in korrekter Sollposition. Zusätzlich können das mindestens eine Heizelement und/oder die erste und/oder zweite Strömungseinrichtung bei mechanischem Kontakt mit dem Wärmeleitkörper in einer Solllage gesichert werden.In a preferred embodiment, the heat-conducting body comprises at least one Engagement element which is in engagement with a wall of the at least one heat transfer element. In this way, the mechanical stability of the heat transfer device can be increased. The heat-conducting body can engage, for example, between wall parts of the wall, which can in particular be braced together. This secures the heat sink in the correct target position. In addition, the at least one heating element and / or the first and / or second flow device can be secured in a desired position upon mechanical contact with the heat-conducting body.
Vorteilhaft kann es sein, wenn eine Wandung des mindestens einen Wärmeübertragungselements aus einer Mehrzahl separater Wandungsteile zusammengesetzt ist. Jeweilige Komponenten des mindestens einen Heizelementes und/oder der ersten Strömungseinrichtung und/oder der zweiten Strömungseinrichtung können dann beispielsweise zwischen den separaten Wandungsteilen eingespannt werden.It can be advantageous if a wall of the at least one heat transfer element is composed of a plurality of separate wall parts. Respective components of the at least one heating element and / or the first flow device and / or the second flow device can then be clamped, for example, between the separate wall parts.
Insbesondere sind zumindest zwei und beispielsweise alle Wandungsteile im Wesentlichen als Gleichteile ausgebildet. Dies ermöglicht eine technisch einfache Herstellung des mindestens einen Wärmeübertragungselements.In particular, at least two and, for example, all wall parts are essentially designed as identical parts. This enables a technically simple production of the at least one heat transfer element.
Ein Aufnahmekörper des mindestens einen Wärmeübertragungselements ist beispielsweise aus einer Mehrzahl separater Aufnahmekörperteile zusammengesetzt, wobei ein Aufnahmekörperteil jeweils ein Wandungsteil bildet. Voneinander verschiedene Aufnahmekörperteile sind insbesondere im Wesentlichen als Gleichteile ausgebildet.A receptacle body of the at least one heat transfer element is composed, for example, of a plurality of separate receptacle body parts, a receptacle body part in each case forming a wall part. Different receiving body parts are in particular essentially designed as identical parts.
Es kann vorgesehen sein, dass die Wandungsteile über eine Spanneinrichtung miteinander verbunden sind. Mittels der Spanneinrichtung können unterschiedliche Wandungsteile der Wandung des mindestens einen Wärmeübertragungselements auf einfache Weise verbunden werden.It can be provided that the wall parts are connected to one another via a tensioning device. Different wall parts of the wall of the at least one heat transfer element can be connected in a simple manner by means of the tensioning device.
Die Spanneinrichtung weist dann mindestens ein federelastisches Spannelement auf, wobei zueinander benachbarte Wandungsteile über das mindestens eine federelastische Spannelement miteinander verbunden sind. Das mindestens eine Spannelement kann beispielsweise an Halteelementen benachbarter Wandungsteile angeordnet werden. Dies ermöglicht eine Verbindung voneinander verschiedener Wandungsteile auf technisch besonders einfache Weise.The tensioning device then has at least one spring-elastic tensioning element, with mutually adjacent wall parts being connected to one another via the at least one spring-elastic tensioning element. The at least one clamping element can, for example, be arranged on holding elements of adjacent wall parts. This enables a connection of different wall parts in a technically particularly simple manner.
Die Spanneinrichtung erlaubt ferner eine Kompensation möglicher thermomechanischer Spannungen aufgrund thermischer Ausdehnung oder Kontraktion von Komponenten des mindestens einen Wärmeübertragungselements.The tensioning device also allows a compensation of possible thermomechanical stresses due to thermal expansion or contraction of components of the at least one heat transfer element.
Ferner kann es vorgesehen sein, dass die Wandungsteile jeweils mindestens ein Halteelement aufweisen und dass ein oder mehrere federelastische Spannelemente vorgesehen sind, welche jeweils an einem Paar von Halteelementen anordenbar sind und/oder welche jeweils ein Paar von Halteelementen umgreifen, wobei ein oder mehrere Paare von Halteelementen zwischen benachbarten Wandungsteilen gebildet sind. Mittels des mindestens einen Halteelements können federelastische Spannelemente der Spanneinrichtung besonders einfach an den Wandungsteilen der Wandung des mindestens einen Wärmeübertragungselements positioniert werden.Furthermore, it can be provided that the wall parts each have at least one holding element and that one or more spring-elastic tensioning elements are provided, which can each be arranged on a pair of holding elements and / or which each encompass a pair of holding elements, one or more pairs of Holding elements are formed between adjacent wall parts. By means of the at least one holding element, spring-elastic tensioning elements of the tensioning device can be positioned particularly easily on the wall parts of the wall of the at least one heat transfer element.
Das mindestens eine federelastische Spannelement ist beispielsweise als federelastische Klammer ausgebildet. Diese Klammer umfasst beispielsweise zwei Schenkel, welche durch Überwindung einer Federkraft auseinander bewegbar sind. Die Klammer wird beispielsweise an einem Paar aus gegenüberliegenden Halteelementen derart angeordnet, dass die Schenkel der Klammer die Halteelemente des Paars umgreifen und/oder hintergreifen.The at least one spring-elastic tensioning element is designed, for example, as a spring-elastic clamp. This clip comprises, for example, two legs which can be moved apart by overcoming a spring force. The clip is arranged, for example, on a pair of opposing holding elements in such a way that the limbs of the clip embrace and / or engage behind the holding elements of the pair.
Zwischen benachbarten Halteelementen kann beispielsweise ein Eingriffselement des Wärmeleitkörpers eingreifen.An engagement element of the heat-conducting body can engage between adjacent holding elements, for example.
Insbesondere sind das Stabelement und/oder mindestens eines der Rohrelemente der ersten Strömungseinrichtung und/oder der zweiten Strömungseinrichtung zwischen den Wandungsteilen des mindestens einen Wärmeübertragungselements eingespannt. Das Stabelement und/oder die jeweiligen Rohrelemente können dadurch besonders einfach in einem von der Wandung umgebenen Innenraum des mindestens einen Wärmeübertragungselements angeordnet werden.In particular, the rod element and / or at least one of the tubular elements of the first flow device and / or the second flow device are clamped between the wall parts of the at least one heat transfer element. The rod element and / or the respective tubular elements can thereby be arranged particularly simply in an interior of the at least one heat transfer element surrounded by the wall.
Vorteilhaft ist es, wenn die Wärmeübertragungseinrichtung eine Rippenstruktur aufweist, welche eine Mehrzahl von Rippen umfasst. Durch die Rippenstruktur kann eine besonders effektive thermische Kopplung zwischen der Wärmeübertragungseinrichtung und dem Speichermedium der Speichereinrichtung erzielt werden.It is advantageous if the heat transfer device has a rib structure which comprises a plurality of ribs. A particularly effective thermal coupling between the heat transfer device and the storage medium of the storage device can be achieved by the rib structure.
In einem Betriebszustand der Wärmespeichervorrichtung ist die Rippenstruktur in das Speichermedium der Speichereinrichtung eingetaucht. Es wird dadurch eine besonders große Kontaktfläche zwischen dem Speichermedium der Speichereinrichtung und den Rippen der Wärmeübertragungseinrichtung bereitgestellt.In an operating state of the heat storage device, the rib structure is immersed in the storage medium of the storage device. This provides a particularly large contact area between the storage medium of the storage device and the ribs of the heat transfer device.
Die Rippenstruktur kontaktiert das Speichermedium der Speichereinrichtung insbesondere stofflich und/oder direkt thermisch. Die Rippenstruktur wird beispielsweise von dem Speichermedium der Speichereinrichtung umströmt.The rib structure contacts the storage medium of the storage device in particular materially and / or directly thermally. The rib structure is flowed around, for example, by the storage medium of the storage device.
Günstig ist es, wenn Rippen der Rippenstruktur an einer dem Speichermedium zugewandten Außenseite eines Wärmeübertragungselements der Wärmeübertragungseinrichtung positioniert sind. Die Rippen der Rippenstruktur können dadurch an dem Wärmeübertragungselement der Wärmeübertragungseinrichtung besonders einfach angeordnet werden.It is expedient if ribs of the rib structure are positioned on an outside of a heat transfer element of the heat transfer device facing the storage medium. The ribs of the rib structure can thereby be arranged in a particularly simple manner on the heat transfer element of the heat transfer device.
Rippen sind insbesondere mit einer Wandung oder einem Wandungsteil des mindestens einen Wärmeübertragungselements einstückig verbunden. Es wird dadurch eine besonders stabile mechanische Verbindung zwischen den Rippen und dem jeweiligen Wandungsteil hergestellt. Es ergibt sich dadurch ferner ein besonders guter thermischer Kontakt zwischen den Rippen und der Wandung oder des Wandungsteils des mindestens einen Wärmeübertragungselements.Ribs are connected in one piece in particular to a wall or a wall part of the at least one heat transfer element. This creates a particularly stable mechanical connection between the ribs and the respective wall part. This also results in a particularly good thermal contact between the ribs and the wall or the wall part of the at least one heat transfer element.
Die Rippen der Rippenstruktur sind insbesondere integral an der Wandung des mindestens einen Wärmeübertagungselements ausgebildet.The ribs of the rib structure are in particular integrally formed on the wall of the at least one heat transfer element.
Eine Rippe der Rippenstruktur erstreckt sich insbesondere ausgehend von der Wandung des mindestens einen Wärmeübertragungselements in eine einem Innenraum des mindestens einen Wärmeübertragungselements abgewandte Richtung. Eine Rippe umfasst insbesondere Verzweigungen und/oder Verästelungen, mittels welcher ein Strang der Rippe ausgehend von der Wandung in mehrere Unterstränge erweitert wird. Dadurch weist die Rippenstruktur beispielsweise eine baumartige Struktur auf.A rib of the rib structure extends in particular starting from the wall of the at least one heat transfer element in a direction facing away from an interior of the at least one heat transfer element. A rib in particular comprises branches and / or ramifications, by means of which a strand of the rib is expanded into a plurality of sub-strands starting from the wall. As a result, the rib structure has, for example, a tree-like structure.
Die Rippenstruktur umfasst insbesondere mehrere Rippenstrukturabschnitte, wobei jeder Rippenstrukturabschnitt einem Wandungsteil der Wandung des mindestens einen Wärmeübertragungselements zugeordnet ist.The rib structure comprises in particular a plurality of rib structure sections, each rib structure section being assigned to a wall part of the wall of the at least one heat transfer element.
Das mindestens eine Wärmeübertragungselement ist insbesondere aus mehreren Bauteilen aufgebaut, wobei jedes Bauteil einen Wandungsteil und einen dem Wandungsteil zugeordneten Rippenstrukturabschnitt umfasst.The at least one heat transfer element is constructed in particular from a plurality of components, each component comprising a wall part and a rib structure section assigned to the wall part.
Jedes Bauteil umfassend einen Wandungsteil und einen Rippenstrukturabschnitt ist beispielsweise durch ein Umformverfahren wie z.B. Strangpressen hergestellt. Auf diese Weise sind der Wandungsteil und der Rippenstrukturabschnitt insbesondere einstückig miteinander verbunden.Each component comprising a wall part and a rib structure section is, for example, by a forming process such as Extruded presses manufactured. In this way, the wall part and the rib structure section are connected to one another in particular in one piece.
Die Rippen der Rippenstruktur sind insbesondere an einer Außenseite eines Aufnahmekörpers des mindestens einen Wärmeübertragungselements positioniert, wobei der Aufnahmekörper durch die Wandung des mindestens einen Wärmeübertragungselements eingeschlossen ist.The ribs of the rib structure are in particular positioned on an outer side of a receiving body of the at least one heat transfer element, the receiving body being enclosed by the wall of the at least one heat transfer element.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Speichern oder Bereitstellen von Wärme mittels einer Wärmespeichervorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 18 bereitgestellt.According to the invention, a method for storing or providing heat by means of a heat storage device having the features of independent claim 18 is provided.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist vorzugsweise einzelne oder mehrere der im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Wärmespeichervorrichtung beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile auf.The method according to the invention preferably has one or more of the features and / or advantages described in connection with the heat storage device according to the invention.
Bei einer Ausführungsform des Verfahrens kann es vorgesehen sein, dass Wärme von dem ersten Wärmeübertragungsmedium auf das zweite Wärmeübertragungsmedium übertragen wird, oder das Wärme von dem zweiten Wärmeübertragungsmedium auf das erste Wärmeübertragungsmedium übertragen wird, oder Wärme wird von dem mindestens einen Heizelement auf zumindest eines der Wärmeübertragungsmedien übertragen.In one embodiment of the method, it can be provided that heat is transferred from the first heat transfer medium to the second heat transfer medium, or the heat is transferred from the second heat transfer medium to the first heat transfer medium, or heat is transferred from the at least one heating element to at least one of the heat transfer media transfer.
Insbesondere wird Wärme mittels des mindestens einen Wärmeübertragungselements der Wärmeübertragungseinrichtung von dem ersten Wärmeübertragungsmedium auf das zweite Wärmeübertragungsmedium (oder umgekehrt) übertragen.In particular, heat is transferred from the first heat transfer medium to the second heat transfer medium (or vice versa) by means of the at least one heat transfer element of the heat transfer device.
Das Speichermedium der Speichereinrichtung ist oder umfasst beispielsweise ein Phasenwechselmedium. Das Phasenwechselmedium umfasst insbesondere Nitratsalze oder eine Mischung aus unterschiedlichen Nitratsalzen. Es umfasst beispielsweise Natriumnitrat und/oder Kaliumnitrat und/oder Lithiumnitrat. The storage medium of the storage device is or comprises, for example, a phase change medium. The phase change medium comprises in particular nitrate salts or a mixture of different nitrate salts. It includes, for example, sodium nitrate and / or potassium nitrate and / or lithium nitrate.
Mittels unterschiedlicher Mischungen der genannten Stoffe lässt sich beispielsweise ein Schmelzpunkt des Phasenwechselmediums variieren.A melting point of the phase change medium can be varied, for example, by means of different mixtures of the substances mentioned.
Alternativ hierzu umfasst das Phasenwechselmedium beispielsweise ein Paraffin.Alternatively, the phase change medium comprises, for example, a paraffin.
Rohrelemente der Wärmeübertragungseinrichtung sind insbesondere aus einem warmfesten Stahl hergestellt.Pipe elements of the heat transfer device are made in particular of a heat-resistant steel.
Ein Stabelement des mindestens einen Heizelementes ist insbesondere aus einem Metall gefertigt.A rod element of the at least one heating element is in particular made of a metal.
Wandungsteile der Wandung und/oder Rippen der Rippenstruktur und/oder ein Wärmeleitkörper des mindestens einen Wärmeübertragungselements der Wärmeübertragungseinrichtung sind vorzugsweise aus einem leicht zu extrudierenden Material wie beispielsweise Aluminium hergestellt. Auf diese Weise lassen sich die genannten Komponenten insbesondere mittels eines Umformverfahrens, beispielsweise mittels eines Strangpressverfahrens, herstellen.Wall parts of the wall and / or ribs of the rib structure and / or a heat-conducting body of the at least one heat transfer element of the heat transfer device are preferably made of an easily extruded material such as aluminum. To this The components mentioned can be produced in particular by means of a forming process, for example by means of an extrusion process.
Alternativ hierzu können Rippen der Rippenstruktur beispielsweise aus einem Graphitmaterial hergestellt sein.Alternatively, ribs of the rib structure can be made of a graphite material, for example.
Bei einer Ausführungsform erfolgt die Herstellung von Rippen der Rippenstruktur mittels eines Biegeverfahrens wie beispielsweise Blechbiegen.In one embodiment, ribs of the rib structure are produced by means of a bending process, such as sheet metal bending.
Alternativ hierzu lassen sich Rippen der Rippenstruktur mittels Flechten und/oder Weben von Drähten herstellen. Die Rippen sind auf diese Weise beispielsweise aus einem Drahtgeflecht hergestellt.Alternatively, ribs of the rib structure can be produced by braiding and / or weaving wires. In this way, the ribs are produced, for example, from a wire mesh.
Das erste Wärmeübertragungsmedium und/oder das zweite Wärmeübertragungsmedium sind beispielsweise kaltes und/oder heißes Wasser bzw. Wasserdampf.The first heat transfer medium and / or the second heat transfer medium are, for example, cold and / or hot water or water vapor.
Die eingangs beschriebene Wärmespeichervorrichtung umfasst vorzugsweise ein Mehrfachregister, welches mindestens zwei Eingänge und zwei Ausgänge aufweist, um die Be- und Entladekreisläufe voneinander zu trennen.The heat storage device described at the outset preferably comprises a multiple register which has at least two inputs and two outputs in order to separate the loading and unloading circuits from one another.
Die Wärmespeichervorrichtung umfasst beispielsweise einen Latentwärmespeicher, in welchen zwei Rohrregister integriert sind.The heat storage device comprises, for example, a latent heat store in which two pipe registers are integrated.
Beispielsweise umfasst die Wärmespeichervorrichtung ein Doppelrohrregister, bei welchem die Beladungsrohre von den Entladungsrohren getrennt sind.For example, the heat storage device comprises a double tube register, in which the loading tubes are separated from the discharge tubes.
Die Wärmespeichervorrichtung kann insbesondere als thermischer Wärmespeicher und/oder Wärmepuffer für industrielle Anwendungen, beispielsweise zur effizienten Nutzung von Abwärme, eingesetzt werden. Sie eignet sich beispielsweise zum Einsatz in Zusammenhang mit Prozessen mit zeitlich variierender Wärmeabgabe und/oder Wärmeaufnahme. Die Wärmespeichervorrichtung kann beispielsweise als Energiespeicher in Heizkraftwerken verwendet werden.The heat storage device can be used in particular as a thermal heat store and / or heat buffer for industrial applications, for example for the efficient use of waste heat. It is suitable, for example, for use in connection with processes with time-varying heat emission and / or heat absorption. The heat storage device can be used, for example, as an energy store in thermal power stations.
Weitere bevorzugte Merkmale und/oder Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen.Further preferred features and / or advantages of the invention are the subject of the following description and the drawing of exemplary embodiments.
In den Zeichnungen zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Wärmespeichervorrichtung, welche eine Mehrzahl von Speicherelementen umfasst; -
2 einen schematischen Querschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels eines Wärmeübertragungselements der Wärmespeichervorrichtung, bei welchem eine Wandung des Wärmeübertragungselements aus einer Mehrzahl von Wandungsteilen zusammengesetzt ist, wobei die Wandungsteile zumindest näherungsweise eine 3-Form aufweisen; -
3 schematisch eine Seitenansicht eines Heizelementes der Wärmespeichervorrichtu ng; -
4 schematisch eine Teildarstellung einer Wärmeübertragungseinrichtung der Wärmespeichervorrichtung, wobei voneinander beabstandete Aufnahmekörper und Rippenstrukturen eines Wärmeübertragungselementes vorgesehen sind; -
5 einen schematischen Querschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Wärmeübertragungselements, bei welchem ein Wärmeleitkörper vorgesehen ist und bei welchem die Wandungsteile spiegelsymmetrisch zu einer Mittelebene des Wärmeübertragungselements liegen und näherungsweise eine C-Form aufweisen; -
6 einen schematischen Querschnitt eines dritten Ausführungsbeispiels eines Wärmeübertragungselements, bei welchem drei Wandungsteile vorgesehen sind, die zumindest näherungsweise eine U-Form aufweisen und jeweils einen Winkel von ca. 120° bezüglich einer Achse des Wärmeübertragungselementes überdecken; und -
7 einen schematischen Querschnitt eines vierten Ausführungsbeispiels eines Wärmeübertragungselements, bei welchem die Wandung drei Innenraumbereiche umgibt, die Rohrelemente und ein Stabelement aufnehmen.
-
1 a schematic representation of an embodiment of a heat storage device comprising a plurality of storage elements; -
2 a schematic cross section of a first embodiment of a heat transfer element of the heat storage device, in which a wall of the heat transfer element is composed of a plurality of wall parts, the wall parts at least approximately having a 3-shape; -
3 schematically shows a side view of a heating element of the heat storage device; -
4 schematically shows a partial representation of a heat transfer device of the heat storage device, wherein spaced-apart receiving bodies and rib structures of a heat transfer element are provided; -
5 a schematic cross section of a second embodiment of a heat transfer element, in which a heat-conducting body is provided and in which the wall parts are mirror-symmetrical to a central plane of the heat transfer element and approximately have a C-shape; -
6 a schematic cross section of a third embodiment of a heat transfer element, in which three wall parts are provided, which have at least approximately a U-shape and each cover an angle of approximately 120 ° with respect to an axis of the heat transfer element; and -
7 a schematic cross section of a fourth embodiment of a heat transfer element, in which the wall surrounds three interior areas that accommodate tubular elements and a rod element.
Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in sämtlichen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.Identical or functionally equivalent elements are provided with the same reference symbols in all figures.
Ein Ausführungsbeispiel einer Wärmespeichervorrichtung, welche in
Die Speichereinrichtung
Das Speichermedium
Die Wärmeübertragungseinrichtung
Die erste Strömungseinrichtung
Die Wärmeübertragungseinrichtung
Bei der in
Jedem Wärmeübertragungselement
Alternativ hierzu ist es grundsätzlich auch möglich, dass ein thermischer Kontakt zwischen der ersten Strömungseinrichtung
Die erste Strömungseinrichtung
Die Wärmeübertragungseinrichtung
Die Heizelemente
Infolgedessen kann vom Heizelement
Das Heizelement
Darüber hinaus steht das Heizelement
Das Heizelement
Das Stabelement
Auf diese Weise kann ein thermischer Kontakt zwischen dem Heizelement
Die Heizelemente
In
Die erste Strömungseinrichtung
Dabei ist ein Innenraumbereich
Die erste Strömungseinrichtung
Die zweite Strömungseinrichtung
Das Rohrelement
Die Rohrelemente
Das Stabelement
Beispielsweise liegen die Rohrelemente
Darüber hinaus liegen die Rohrelemente
Die Rohrelemente
Ein Zwischenraum zwischen den Rohrelementen
Das Speichermedium
Obwohl die Rippenstruktur nur in
Die Rippen
Insbesondere sind die Rippen
Die Rippen
Die Wandung
Unterschiedliche Wandungsteile
Unterschiedliche Wandungsteile
Zueinander benachbarte Wandungsteile
Die Wandungsteile
Das Halteelement
Das Spannelement
Die den Innenraum
An den gegenüberliegenden Wandungsteilen
Ein Spannelement
Die Rohrelemente
Bei dem in
Das Rohrelement
Die Längsmittelachse
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß
Es ist grundsätzlich möglich, dass jeweils mehrere Spannelemente
Ein Radius
Die Wandung
Ein Radius
Bei der Wärmespeichervorrichtung
Die Aufnahmekörper
Auch die Rippenstrukturen
Anders formuliert kann vorgesehen sein, dass ein entlang der Erstreckungsrichtung in mehrere Segmente unterteilter Aufnahmekörper
Durch die mehreren voneinander getrennten Aufnahmekörper
Eine in
Das Wärmeübertragungselement
Die Wandung
Die Wandung
Der Aufnahmekörper
Die Rohrelemente
Beim Wärmeübertragungselement
Die Wandungsteile
Im Übrigen stimmt die in
Eine in
Bei dem Wärmeübertragungselement
An den abgerundeten „Eckbereichen“ der Wandung
Eine jeweilige Trennebene
Der Wärmeleitkörper
Die Eingriffselemente
Die Trennebenen
Im Übrigen stimmt die in
Eine in
In einem zentralen Innenraumbereich
Die Mittelebene
An einer Trennebene
An einer weiteren Trennebene
Eine weitere Mittelebene
Bei der vierten Ausführungsform ist kein Wärmeleitkörper
Im Übrigen stimmt die in
Die vorstehend beschriebene Wärmespeichereinrichtung
Zum Speichern von Wärme in der Wärmespeichervorrichtung
Der Heißmediumstrom gibt mittels der Wärmeübertragungselemente
Um gespeicherte Wärme aus der Wärmespeichervorrichtung
Das (warme) Speichermedium
Dadurch, dass die erste Strömungseinrichtung
Die erste Strömungseinrichtung
Wie bereits erwähnt besteht bei der Wärmespeichereinrichtung
Dies gibt die Möglichkeit, Wärme vom Heizelement
Eine elektrisch induzierte Beladung der Wärmeübertragungsmedien und des Speichermediums
Die Wärmespeichervorrichtung
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 100100
- WärmespeichervorrichtungHeat storage device
- 102102
- Speichereinrichtungmemory device
- 104104
- Speicherelementstorage element
- 106106
- Speichermediumstorage medium
- 108108
- WärmeübertragungseinrichtungHeat transfer device
- 110110
- erste Strömungseinrichtungfirst flow device
- 112112
- zweite Strömungseinrichtungsecond flow device
- 114114
- erstes Wärmeübertragungsmediumfirst heat transfer medium
- 116116
- zweites Wärmeübertragungsmediumsecond heat transfer medium
- 118118
- WärmeübertragungselementHeat transfer element
- 120120
- Wandungwall
- 122122
- Aufnahmekörperreceiving body
- 124124
- Innenrauminner space
- 126126
- Rohrelementtube element
- 128128
- Strömungsbereichflow region
- 130130
- Rohrelementtube element
- 132132
- Strömungsbereichflow region
- 134134
- Wärmeleitkörperthermal conductors
- 136136
- Rippenstrukturrib structure
- 138138
- Ripperib
- 140140
- Außenseiteoutside
- 142142
- Wandungsteilwall part
- 142a, b, c, d142a, b, c, d
- Wandungsteilwall part
- 144144
- Spanneinrichtungtensioning device
- 146a, b146a, b
- Spannelementclamping element
- 148148
- Halteelementretaining element
- 150150
- Trennebeneparting plane
- 152152
- Mittelebenemidplane
- 154154
- Längsachselongitudinal axis
- 156156
- Längsachselongitudinal axis
- 158158
- Wandungwall
- 160160
- Wandungwall
- 166166
- elektrisches Heizelementelectric heating element
- 168168
- elektrische Energieversorgungseinrichtungelectrical power supply device
- 170170
- Stabelementrod element
- 172172
- Achseaxis
- 174174
- Segmentsegment
- 176176
- InnenraumbereichThe indoor section
- 178178
- Zwischenraumgap
- 180180
- Symmetrieachseaxis of symmetry
- 182a, b, c182a, b, c
- Trennebeneparting plane
- 184184
- Eingriffselementengaging member
- 186186
- Mittelebenemidplane
- D1 D 1
- Wandungsdickewall thickness
- D2 D 2
- Wandungsdickewall thickness
- R1 R 1
- Radiusradius
- R2 R 2
- Radiusradius
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- Radiusradius
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Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102009006788A1 (en) * | 2009-01-30 | 2010-08-12 | Tutech Innovation Gmbh | Heat accumulator with a phase change material and method for its production |
DE202010015920U1 (en) * | 2009-12-03 | 2011-02-24 | Vaillant Gmbh | heat storage |
WO2011069693A1 (en) * | 2009-12-11 | 2011-06-16 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Heat transfer tube |
DE112012002387T5 (en) * | 2011-06-09 | 2014-03-06 | Nest As | Thermal energy storage and installation, method and use thereof |
WO2016016428A1 (en) * | 2014-07-31 | 2016-02-04 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Device for storing energy using a phase-change material and associated storage method |
DE102017213718A1 (en) * | 2017-08-07 | 2019-02-07 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | A heat storage device and method for storing or providing heat by means of a heat storage device |
-
2019
- 2019-02-06 DE DE102019102955.4A patent/DE102019102955B3/en active Active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102009006788A1 (en) * | 2009-01-30 | 2010-08-12 | Tutech Innovation Gmbh | Heat accumulator with a phase change material and method for its production |
DE202010015920U1 (en) * | 2009-12-03 | 2011-02-24 | Vaillant Gmbh | heat storage |
WO2011069693A1 (en) * | 2009-12-11 | 2011-06-16 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Heat transfer tube |
DE112012002387T5 (en) * | 2011-06-09 | 2014-03-06 | Nest As | Thermal energy storage and installation, method and use thereof |
WO2016016428A1 (en) * | 2014-07-31 | 2016-02-04 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Device for storing energy using a phase-change material and associated storage method |
DE102017213718A1 (en) * | 2017-08-07 | 2019-02-07 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | A heat storage device and method for storing or providing heat by means of a heat storage device |
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