DE102019116174A1 - Energy storage device and method for energy storage - Google Patents
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Abstract
Es wird eine Energiespeichervorrichtung bereitgestellt, umfassend eine thermische Speichereinrichtung (12) zur Speicherung thermischer Energie und eine kinetische Speichereinrichtung (14) zur Speicherung kinetischer Energie, wobei die thermische Speichereinrichtung (12) mindestens ein Latentwärmespeicherelement (16) zur Speicherung der thermischen Energie aufweist, und wobei die kinetische Speichereinrichtung (14) mindestens ein bewegbares Schwungmassenelement (20) zur Speicherung der kinetischen Energie aufweist, und eine Kopplungseinrichtung (30) zur Einkopplung von thermischer und/oder kinetischer Energie in die Energiespeichervorrichtung und Auskopplung von thermischer und/oder kinetischer Energie aus der Energiespeichervorrichtung, wobei das mindestens eine Schwungmassenelement (20) zumindest teilweise durch das mindestens eine Latentwärmespeicherelement (16) gebildet wird.An energy storage device is provided, comprising a thermal storage device (12) for storing thermal energy and a kinetic storage device (14) for storing kinetic energy, the thermal storage device (12) having at least one latent heat storage element (16) for storing the thermal energy, and wherein the kinetic storage device (14) has at least one movable centrifugal mass element (20) for storing the kinetic energy, and a coupling device (30) for coupling thermal and / or kinetic energy into the energy storage device and decoupling thermal and / or kinetic energy from the Energy storage device, the at least one flywheel element (20) being at least partially formed by the at least one latent heat storage element (16).
Description
Die Erfindung betrifft eine Energiespeichervorrichtung, umfassend eine thermische Speichereinrichtung zur Speicherung thermischer Energie und eine kinetische Speichereinrichtung zur Speicherung kinetischer Energie, wobei die thermische Speichereinrichtung mindestens ein Latentwärmespeicherelement zur Speicherung der thermischen Energie aufweist, und wobei die kinetische Speichereinrichtung mindestens ein bewegbares Schwungmassenelement zur Speicherung der kinetischen Energie aufweist, und eine Kopplungseinrichtung zur Einkopplung von thermischer und/oder kinetischer Energie in die Energiespeichervorrichtung und Auskopplung von thermischer und/oder kinetischer Energie aus der Energiespeichervorrichtung.The invention relates to an energy storage device, comprising a thermal storage device for storing thermal energy and a kinetic storage device for storing kinetic energy, the thermal storage device having at least one latent heat storage element for storing the thermal energy, and wherein the kinetic storage device has at least one movable flywheel element for storing the kinetic Having energy, and a coupling device for coupling thermal and / or kinetic energy into the energy storage device and coupling out thermal and / or kinetic energy from the energy storage device.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Energiespeicherung.The invention also relates to a method for energy storage.
Aus der
Aus der
Aus der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Energiespeichervorrichtung bereitzustellen, welche kompakt aufgebaut ist und in welcher Energie mit einer erhöhten Energiedichte speicherbar ist.The invention is based on the object of providing an energy storage device mentioned at the beginning, which has a compact design and in which energy can be stored with an increased energy density.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das mindestens eine Schwungmassenelement zumindest teilweise durch das mindestens eine Latentwärmespeicherelement gebildet wird.This object is achieved according to the invention in that the at least one flywheel element is at least partially formed by the at least one latent heat storage element.
Das mindestens eine Latentwärmespeicherelement dient somit als Schwungmassenelement zur Speicherung der kinetischen Energie und/oder als Schwungmassenelement für die kinetische Speichereinrichtung.The at least one latent heat storage element thus serves as an inertia mass element for storing the kinetic energy and / or as an inertia mass element for the kinetic storage device.
Beispielsweise ist das mindestens eine Latentwärmespeicherelement Teil des mindestens einen Schwungmassenelements.For example, the at least one latent heat storage element is part of the at least one flywheel element.
Durch die erfindungsgemäße Lösung wird das mindestens eine Latentwärmespeicherelement sowohl zur Speicherung von thermischer Energie als auch zur Speicherung von kinetischer Energie verwendet. Es ergibt sich hieraus eine Doppelnutzung des mindestens einen Latentwärmespeicherelements zur Speicherung von kinetischer und thermischer Energie.As a result of the solution according to the invention, the at least one latent heat storage element is used both for storing thermal energy and for storing kinetic energy. This results in a double use of the at least one latent heat storage element for storing kinetic and thermal energy.
Dadurch lässt sich mittels der erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung Energie mit einer besonders hohen Energiedichte speichern. Hieraus ergibt sich weiterhin ein kompakter Aufbau der Energiespeichervorrichtung bei einer erhöhten Speicherkapazität.As a result, energy can be stored with a particularly high energy density by means of the energy storage device according to the invention. This also results in a compact design of the energy storage device with an increased storage capacity.
Unter dem mindestens einen Latentwärmespeicherelement ist insbesondere ein Speicherelement zu verstehen, welches einen Großteil der ihm zugeführten thermischen Energie in Form von latenter Wärme, wie zum Beispiel in Form von Wärme für einen Phasenwechsel von fest zu flüssig oder von flüssig zu gasförmig, speichert.The at least one latent heat storage element is to be understood as meaning, in particular, a storage element which stores a large part of the thermal energy supplied to it in the form of latent heat, for example in the form of heat for a phase change from solid to liquid or from liquid to gaseous.
Insbesondere weist das mindestens eine Latentwärmespeicherelement ein Phasenwechselmedium und insbesondere ein metallisches Phasenwechselmedium auf. Das mindestens eine Latentwärmespeicherelement umfasst beispielsweise ein Phase Change Material (PCM) und insbesondere ein metallisches Phase Change Material.In particular, the at least one latent heat storage element has a phase change medium and in particular a metallic phase change medium. The at least one latent heat storage element comprises, for example, a phase change material (PCM) and in particular a metallic phase change material.
Insbesondere ist das mindestens eine Schwungmassenelement drehbar angeordnet. Dadurch lässt sich mittels des mindestens einen Schwungmassenelements kinetische Energie und insbesondere Rotationsenergie speichern.In particular, the at least one flywheel element is rotatably arranged. As a result, kinetic energy and, in particular, rotational energy can be stored by means of the at least one flywheel element.
Günstig kann es sein, wenn die kinetische Speichereinrichtung mindestens ein Rotationselement mit einer Rotationselementwelle aufweist, welche mit dem mindestens einen Latentwärmespeicherelement drehfest verbunden ist. Es lässt sich dadurch kinetische Energie nach dem Prinzip eines Schwungrads speichern, wobei das mindestens eine Latentwärmespeicherelement eine Schwungmasse des Schwungrads zur Speicherung der kinetischen Energie bildet.It can be favorable if the kinetic storage device has at least one rotation element with a rotation element shaft which is connected to the at least one latent heat storage element in a rotationally fixed manner. As a result, kinetic energy can be stored according to the principle of a flywheel, the at least one latent heat storage element forming a flywheel mass for storing the kinetic energy.
Beispielsweise besteht das mindestens eine Rotationselement zumindest teilweise aus einem Phasenwechselmedium und insbesondere aus einem metaltischen Phasenwechselmedium.For example, the at least one rotation element consists at least partially of a phase change medium and in particular of a metallic phase change medium.
Insbesondere ist das mindestens eine Schwungmassenelement mit der Rotationselementwelle drehfest verbunden.In particular, the at least one flywheel element is non-rotatably connected to the rotating element shaft.
Insbesondere sind eine Mehrzahl von Latentwärmespeicherelementen mit der Rotationselementwelle drehfest verbunden. Die Latentwärmespeicherelemente sind beispielsweise rotationssymmetrisch bezüglich der Rotationselementwelle angeordnet.In particular, a plurality of latent heat storage elements are non-rotatably connected to the rotating element shaft. The latent heat storage elements are arranged, for example, rotationally symmetrical with respect to the rotating element shaft.
Insbesondere ist das mindestens eine Rotationselement relativ zu einem Gehäuse der Energiespeichervorrichtung drehbar gelagert.In particular, the at least one rotation element is rotatably mounted relative to a housing of the energy storage device.
Günstig kann es sein, wenn das mindestens eine Rotationselement in einem Innenraum eines Gehäuses der Energiespeichervorrichtung angeordnet ist, und insbesondere wenn die Rotationselementwelle mittels mindestens eines Magnetlagers und/oder mittels mindestens eines Kugellagers an dem Gehäuse drehbar gelagert ist. In dem Gehäuse lässt sich beispielsweise ein Unterdruckbereich ausbilden. Es lassen sich dadurch Ventilationsverluste bei einer Drehung des mindestens einen Rotationselements verringern.It can be favorable if the at least one rotary element is arranged in an interior of a housing of the energy storage device, and in particular if the rotary element shaft is rotatably mounted on the housing by means of at least one magnetic bearing and / or by means of at least one ball bearing. For example, a negative pressure area can be formed in the housing. This makes it possible to reduce ventilation losses when the at least one rotation element rotates.
Mittels des mindestens einen Magnetlagers und/oder des mindestens einen Kugellagers ist das mindestens eine Rotationselement beispielsweise relativ zu dem Gehäuse der Energiespeichervorrichtung drehbar gelagert.By means of the at least one magnetic bearing and / or the at least one ball bearing, the at least one rotary element is mounted rotatably relative to the housing of the energy storage device, for example.
Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass die Rotationselementwelle mittels eines magnetischen Kupplungselements an eine Motorwelle zur Beschleunigung und/oder Verzögerung des mindestens einen Rotationselements gekoppelt ist, und insbesondere dass das magnetische Kupplungselement eine magnetische Reluktanzkupplung ist oder umfasst. Die Motorwelle ist beispielsweise Teil einer elektrischen Motoreinrichtung. Mittels des magnetischen Kupplungselements lässt sich insbesondere die Motorwelle an die Rotationselementwelle koppeln, falls die Rotationselementwelle mit dem mindestens einen Rotationselement in einem Unterdruckbereich angeordnet ist und die Motorwelle außerhalb des Unterdruckbereichs angeordnet ist.In particular, it can be provided that the rotary element shaft is coupled by means of a magnetic coupling element to a motor shaft for acceleration and / or deceleration of the at least one rotary element, and in particular that the magnetic coupling element is or comprises a magnetic reluctance coupling. The motor shaft is part of an electric motor device, for example. In particular, the motor shaft can be coupled to the rotary element shaft by means of the magnetic coupling element if the rotary element shaft with the at least one rotary element is arranged in a negative pressure area and the motor shaft is arranged outside the negative pressure area.
Das magnetische Kupplungselement und insbesondere die magnetische Reluktanzkupplung dient zum Koppeln der Motorwelle mit der Rotationselementwelle.The magnetic coupling element and in particular the magnetic reluctance coupling is used to couple the motor shaft to the rotating element shaft.
Das magnetische Kupplungselement basiert beispielsweise auf durch Permanentmagnete erzeugten Magnetfeldern. Hierdurch ergibt sich eine berührungslose Kupplung der Motorwelle an die Rotationselementwelle.The magnetic coupling element is based, for example, on magnetic fields generated by permanent magnets. This results in a contactless coupling of the motor shaft to the rotating element shaft.
Die magnetische Reluktanzkupplung umfasst zum Kuppeln der Motorwelle an die Rotationselementwelle beispielsweise einen hohlzylindrischen Stator mit einem oder mehreren Magneten, die am Umfang des Stators angeordnet sind und einen ersten Rotor, der innerhalb des Stators drehbeweglich gelagert ist. Der erste Rotor ist mit der Motorwelle drehfest verbunden und weist mehrere an seinem Umfang angeordnete ferromagnetische Abschnitte auf. Die magnetische Reluktanzkupplung umfasst weiter einen zweiten Rotor, der innerhalb des ersten Rotors drehbeweglich gelagert ist und mit der Rotationselementwelle drehfest verbunden ist. Der zweite Rotor weist mehrere an seinem Umfang angeordnete ferromagnetische Abschnitte auf.For coupling the motor shaft to the rotating element shaft, the magnetic reluctance coupling comprises, for example, a hollow cylindrical stator with one or more magnets which are arranged on the circumference of the stator and a first rotor which is rotatably supported within the stator. The first rotor is non-rotatably connected to the motor shaft and has several ferromagnetic sections arranged on its circumference. The magnetic reluctance coupling further comprises a second rotor, which is rotatably mounted within the first rotor and is connected to the rotating element shaft in a rotationally fixed manner. The second rotor has a plurality of ferromagnetic sections arranged on its circumference.
Eine magnetische Reluktanzkupplung ist beispielsweise aus der
Beispielsweise umfasst das mindestens eine magnetische Kupplungselement ein Dichtungselement zur fluiddichten Abdichtung eines Innenraums eines Gehäuses der Energiespeichervorrichtung, in welchem das mindestens eine Rotationselement angeordnet ist.For example, the at least one magnetic coupling element comprises a sealing element for the fluid-tight sealing of an interior space of a housing of the energy storage device, in which the at least one rotation element is arranged.
Insbesondere ist die Motorwelle mittels des magnetischen Kupplungselements drehfest mit der Rotationselementwelle verbunden.In particular, the motor shaft is non-rotatably connected to the rotating element shaft by means of the magnetic coupling element.
Günstig kann es sein, wenn die Rotationselementwelle einstückig mit einer Motorwelle zur Beschleunigung und/oder Verzögerung des mindestens einen Rotationselements verbunden ist. In diesem Fall ist insbesondere kein magnetisches Kupplungselement vorhanden und/oder es wird insbesondere kein magnetisches Kupplungselement benötigt.It can be favorable if the rotary element shaft is connected in one piece to a motor shaft for acceleration and / or deceleration of the at least one rotary element. In this case, in particular, there is no magnetic coupling element and / or in particular no magnetic coupling element is required.
Vorteilhaft kann es sein, wenn der Kopplungseinrichtung eine elektrische Heizeinrichtung zur Einkopplung von Wärme in das mindestens eine Latentwärmespeicherelement zugeordnet ist, wobei die elektrische Heizeinrichtung an dem mindestens einen Latentwärmespeicherelement und/oder an dem mindestens einen Rotationselement angeordnet ist. Es lässt sich dadurch elektrische Energie in thermische Energie umwandeln und es lässt sich die thermische Energie mittels des mindestens einen Latentwärmespeicherelements speichern. Weiterhin lässt sich eine Masse der elektrischen Heizeinrichtung als Schwungmasse zur Speicherung von kinetischer Energie mittels des mindestens einen Rotationselements verwenden.It can be advantageous if the coupling device is assigned an electrical heating device for coupling heat into the at least one latent heat storage element, the electrical heating device being arranged on the at least one latent heat storage element and / or on the at least one rotation element. As a result, electrical energy can be converted into thermal energy and the thermal energy can be stored by means of the at least one latent heat storage element. Furthermore, a mass of the electrical heating device can be used as a flywheel for storing kinetic energy by means of the at least one rotation element.
Insbesondere ist die elektrische Heizeinrichtung in einem radial äußeren Bereich des mindestens einen Rotationselements angeordnet.In particular, the electrical heating device is arranged in a radially outer region of the at least one rotary element.
Insbesondere ist die elektrische Heizeinrichtung mit dem mindestens einen Rotationselement einstückig verbunden. Die elektrische Heizeinrichtung ist beispielsweise in das mindestens eine Rotationselement integriert.In particular, the electrical heating device is connected in one piece to the at least one rotary element. The electrical heating device is integrated into the at least one rotation element, for example.
Beispielsweise ist die elektrische Heizeinrichtung rotationssymmetrisch bezüglich der Rotationselementwelle angeordnet und/oder ringförmig um die Rotationselementwelle angeordnet.For example, the electrical heating device is arranged rotationally symmetrically with respect to the rotary element shaft and / or is arranged in a ring around the rotary element shaft.
Insbesondere ist die elektrische Heizeinrichtung an dem mindestens einen Rotationselement in radialer Richtung weiter außen angeordnet als das mindestens eine Schwungmassenelement und/oder das mindestens eine Latentwärmespeicherelement.In particular, the electrical heating device is arranged on the at least one rotation element further outward in the radial direction than the at least one flywheel element and / or the at least one latent heat storage element.
Beispielsweise umgibt und/oder umschließt die elektrische Heizeinrichtung das mindestens eine Schwungmassenelement und/oder das mindestens eine Latentwärmespeicherelement.For example, the electrical heating device surrounds and / or encloses the at least one centrifugal mass element and / or the at least one latent heat storage element.
Unter umgeben und/oder umschließen ist insbesondere ein Umgeben und/oder Umschließen in zwei von drei Raumrichtungen zu verstehen, wobei die zwei Raumrichtungen in einer Ebene liegen, welche quer und insbesondere senkrecht zu einer Längsmittelachse und/oder zu der Rotationselementwelle des mindestens einen Rotationselements orientiert ist.Surrounding and / or enclosing is to be understood in particular as surrounding and / or enclosing in two of three spatial directions, the two spatial directions lying in a plane which is oriented transversely and in particular perpendicular to a longitudinal center axis and / or to the rotary element shaft of the at least one rotary element is.
Die elektrische Heizeinrichtung umfasst insbesondere eine Mehrzahl von Heizelementen, welche beispielsweise als Heizpatronen ausgebildet sind. Die Heizelemente sind beispielsweise zylinderförmig ausgebildet.The electrical heating device comprises in particular a plurality of heating elements, which are designed, for example, as heating cartridges. The heating elements are, for example, cylindrical.
Insbesondere umgeben und/oder umschließen die Heizelemente das mindestens eine Schwungmassenelement und/oder das mindestens eine Latentwärmespeicherelement. Die Heizpatronen sind beispielsweise rotationssymmetrisch bezüglich der Rotationselementwelle angeordnet.In particular, the heating elements surround and / or enclose the at least one centrifugal mass element and / or the at least one latent heat storage element. The heating cartridges are arranged, for example, rotationally symmetrical with respect to the rotating element shaft.
Beispielsweise sind in dem radial äußeren Bereich des mindestens einen Rotationselements Halteelemente zur Aufnahme der Heizpatronen angeordnet. Die Heizelemente weisen insbesondere eine zu den Heizpatronen korrespondierende Form auf. Insbesondere sind die Halteelemente zumindest näherungsweise parallel zu der Rotationselementwelle und/oder zu einer Längsmittelachse des mindestens einen Rotationselements orientiert.For example, holding elements for receiving the heating cartridges are arranged in the radially outer region of the at least one rotation element. In particular, the heating elements have a shape corresponding to the heating cartridges. In particular, the holding elements are oriented at least approximately parallel to the rotary element shaft and / or to a longitudinal center axis of the at least one rotary element.
Beispielsweise ist eine elektrische Verbindung zu der elektrischen Heizeinrichtung mittels eines an der Rotationselementwelle angeordneten Schleifkontakts und/oder mittels elektromagnetischer Induktion hergestellt.For example, an electrical connection to the electrical heating device is established by means of a sliding contact arranged on the rotating element shaft and / or by means of electromagnetic induction.
Günstig kann es sein, wenn eine Mehrzahl von Latentwärmespeicherelementen mit der Rotationselementwelle drehfest verbunden ist, wenn der Kopplungseinrichtung mindestens ein Kühlkanal und mindestens ein Wärmetauschelement zur Auskopplung von Wärme aus den Latentwärmespeicherelementen zugeordnet sind, wenn der mindestens eine Kühlkanal an dem mindestens einen Rotationselement zwischen einander benachbarten Latentwärmespeicherelementen angeordnet ist, und wenn das mindestens eine Wärmetauschelement zu einem radial äußeren Ende des mindestens einen Kühlkanals beabstandet angeordnet ist. Es lassen sich dadurch die Latentwärmespeicherelemente durch Durchführung eines Gases durch den mindestens einen Kühlkanal thermisch entladen. Das Gas nimmt die thermische Energie von den Latentwärmespeicherelementen auf und gibt sie an das mindestens eine Wärmetauschelement ab.It can be advantageous if a plurality of latent heat storage elements is connected to the rotating element shaft in a rotationally fixed manner, if the coupling device is assigned at least one cooling channel and at least one heat exchange element for extracting heat from the latent heat storage elements, if the at least one cooling channel is adjacent to the at least one rotating element between each other Latent heat storage elements is arranged, and when the at least one heat exchange element is arranged at a distance from a radially outer end of the at least one cooling channel. The latent heat storage elements can thereby be thermally discharged by passing a gas through the at least one cooling channel. The gas absorbs the thermal energy from the latent heat storage elements and transfers it to the at least one heat exchange element.
Das mindestens eine Rotationselement ist mit den Latentwärmespeicherelementen beispielsweise innerhalb einer Gasatmosphäre mit einem Gas angeordnet, welches eine geringere Dichte als Luft aufweist. Beispielsweise ist das mindestens eine Rotationselement mit den Latentwärmespeicherelementen in einer Wasserstoffatmosphäre und/oder in einer Heliumatmosphäre angeordnet.The at least one rotation element is arranged with the latent heat storage elements, for example, within a gas atmosphere with a gas which has a lower density than air. For example, the at least one rotation element with the latent heat storage elements is arranged in a hydrogen atmosphere and / or in a helium atmosphere.
Wasserstoffgas und/oder Heliumgas können dann beispielsweise den mindestens einen Kühlkanal durchströmen. Dadurch lassen sich das Wasserstoffgas und/oder das Heliumgas zum Transport von Wärme von den Latentwärmespeicherelementen zu dem mindestens einen Wärmetauschelement nutzen.Hydrogen gas and / or helium gas can then flow through the at least one cooling channel, for example. As a result, the hydrogen gas and / or the helium gas can be used to transport heat from the latent heat storage elements to the at least one heat exchange element.
Das mindestens eine Wärmetauschelement ist insbesondere in einem Innenraum eines Gehäuses der Energiespeichervorrichtung angeordnet und/oder zu dem radial äußeren Ende des mindestens einen Kühlkanals gegenüberliegend angeordnet.The at least one heat exchange element is in particular arranged in an interior space of a housing of the energy storage device and / or is arranged opposite the radially outer end of the at least one cooling channel.
Beispielsweise dient das mindestens eine Wärmetauschelement als mechanisches Schutzelement für die Energiespeichervorrichtung, beispielsweise für den Fall eines Zerbrechens des mindestens einen Rotationselements während des Betriebs.For example, the at least one heat exchange element serves as a mechanical protective element for the energy storage device, for example in the event of the at least one rotation element breaking during operation.
Durch das mindestens eine Wärmetauschelement ist insbesondere ein Arbeitsfluid zur Auskopplung von Wärme aus einem Innenraum eines Gehäuses der Energiespeichervorrichtung, in welchem das mindestens eine Rotationselement mit den Latentwärmespeicherelementen angeordnet ist, durchführbar.A working fluid for extracting heat from an interior of a housing of the energy storage device in which the at least one rotation element with the latent heat storage elements is arranged can be carried out through the at least one heat exchange element.
Insbesondere ist der mindestens eine Kühlkanal quer und insbesondere senkrecht zu der Rotationselementwelle und/oder zu einer Längsmittelachse des mindestens einen Rotationselements orientiert.In particular, the at least one cooling channel is oriented transversely and in particular perpendicular to the rotary element shaft and / or to a longitudinal center axis of the at least one rotary element.
Der mindestens eine Kühlkanal ist insbesondere ortsfest und/oder drehfest bezüglich der Rotationselementwelle angeordnet.The at least one cooling channel is in particular arranged in a stationary and / or non-rotatable manner with respect to the rotary element shaft.
Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass das mindestens eine Wärmetauschelement an einem Wandungselement eines Gehäuses der Energiespeichervorrichtung angeordnet ist und/oder ortsfest bezüglich eines Wandungselements eines Gehäuses der Energiespeichervorrichtung angeordnet ist, und insbesondere dass das mindestens eine Wärmetauschelement an einer dem radial äußeren Ende des mindestens einen Kühlkanals gegenüberliegenden Innenseite des Wandungselements angeordnet ist.In particular, it can be provided that the at least one heat exchange element is arranged on a wall element of a housing of the energy storage device and / or stationary with respect to a wall element of a Housing of the energy storage device is arranged, and in particular that the at least one heat exchange element is arranged on an inner side of the wall element opposite the radially outer end of the at least one cooling channel.
Das Wandungselement des Gehäuses ist beispielsweise ein seitliches Wandungselement des Gehäuses, welches einen Innenraum des Gehäuses begrenzt und insbesondere den Innenraum in einer Ebene begrenzt, welche quer und insbesondere senkrecht zu der Rotationselementwelle und/oder zu einer Längsmittelachse des mindestens einen Rotationselements orientiert ist. In dem Innenraum sind insbesondere das mindestens eine Rotationselement und das mindestens eine Wärmetauschelement angeordnet.The wall element of the housing is, for example, a lateral wall element of the housing, which delimits an interior space of the housing and in particular delimits the interior space in a plane which is oriented transversely and in particular perpendicular to the rotary element shaft and / or to a longitudinal center axis of the at least one rotary element. In particular, the at least one rotation element and the at least one heat exchange element are arranged in the interior.
Die Innenseite des Wandungselement ist insbesondere dem Innenraum des Gehäuses zugewandt und/oder in dem Innenraum des Gehäuses angeordnet.The inside of the wall element faces in particular the interior of the housing and / or is arranged in the interior of the housing.
Günstig kann es sein, wenn der mindestens eine Kühlkanal an dem radial äußeren Ende in einen Spaltbereich zwischen dem mindestens einen Rotationselement und einem Wandungselement des Gehäuses der Energiespeichervorrichtung mündet. Das Wandungselement ist beispielsweise ein seitliches Wandungselement des Gehäuses. Es lässt sich dadurch beispielsweise erwärmtes Gas mittels des mindestens einen Wärmetauschelements aus einem Innenraum des Gehäuses auskoppeln. In dem Spaltbereich lässt sich insbesondere erwärmtes Gas sammeln.It can be favorable if the at least one cooling channel opens at the radially outer end into a gap area between the at least one rotation element and a wall element of the housing of the energy storage device. The wall element is, for example, a side wall element of the housing. In this way, for example, heated gas can be decoupled from an interior of the housing by means of the at least one heat exchange element. In particular, heated gas can be collected in the gap area.
In dem Spaltbereich ist beispielsweise das mindestens eine Wärmetauschelement angeordnet.For example, the at least one heat exchange element is arranged in the gap area.
Beispielsweise verläuft der mindestens eine Kühlkanal von einem radial inneren Ende zu dem radial äußeren Ende.For example, the at least one cooling channel runs from a radially inner end to the radially outer end.
Günstig kann es sein, wenn an einem radial inneren Ende des mindestens einen Kühlkanals ein Verteilerkanal zur Zuführung von Fluid zu dem mindestens einen Kühlkanal angeordnet ist, und insbesondere wenn der Verteilerkanal zumindest näherungsweise parallel zu der Rotationselementwelle und/oder zu einer Längsmittelachse des mindestens einen Rotationselements orientiert ist. Mittels des Verteilerkanals lässt sich beispielsweise Gas zu einer Mehrzahl zueinander beabstandeter Kühlkanäle zuführen.It can be favorable if a distribution channel for supplying fluid to the at least one cooling channel is arranged at a radially inner end of the at least one cooling channel, and in particular if the distribution channel is at least approximately parallel to the rotating element shaft and / or to a longitudinal center axis of the at least one rotating element is oriented. By means of the distribution channel, for example, gas can be supplied to a plurality of cooling channels that are spaced apart from one another.
Das radial innere Ende des mindestens einen Kühlkanals liegt beispielsweise in radialer Richtung auf Höhe eines radial inneren Endes der Latentwärmespeicherelemente.The radially inner end of the at least one cooling channel lies, for example, in the radial direction at the level of a radially inner end of the latent heat storage elements.
Durch das mindestens eine Wärmetauschelement ist insbesondere ein Arbeitsfluid durchführbar, welches Wärme aufnehmen kann. Zur Auskopplung der Wärme aus dem Arbeitsfluid ist dem mindestens einen Wärmetauschelement beispielsweise eine Kondensatoreinrichtung zugeordnet.In particular, a working fluid that can absorb heat can be passed through the at least one heat exchange element. To extract the heat from the working fluid, the at least one heat exchange element is assigned, for example, a capacitor device.
Die Kondensatoreinrichtung ist insbesondere außerhalb des Gehäuses der Energiespeichervorrichtung angeordnet.The capacitor device is arranged in particular outside the housing of the energy storage device.
Günstig kann es sein, wenn der Kopplungseinrichtung ein Wellen-Wärmetauschelement zur Auskopplung von Wärme aus dem mindestens einen Latentwärmespeicherelement zugeordnet ist, wobei das Wellen-Wärmetauschelement an der Rotationselementwelle angeordnet ist und/oder in die Rotationselementwelle integriert ist. Es lässt sich dadurch die Energiespeichervorrichtung kompakt ausführen. Das Wellen-Wärmetauschelement steht in thermischem Kontakt mit dem mindestens einen Latentwärmespeicherelement.It can be favorable if the coupling device is assigned a shaft heat exchange element for extracting heat from the at least one latent heat storage element, the shaft heat exchange element being arranged on the rotating element shaft and / or being integrated into the rotating element shaft. The energy storage device can thereby be made compact. The wave heat exchange element is in thermal contact with the at least one latent heat storage element.
Durch das Wellen-Wärmetauschelement ist insbesondere ein Arbeitsfluid zur Auskopplung von Wärme aus dem mindestens einen Latentwärmespeicherelement durchführbar. Insbesondere ist oder umfasst das Arbeitsfluid mindestens eines der folgenden: Wasser, Methanol, Ethanol.In particular, a working fluid for extracting heat from the at least one latent heat storage element can be carried through the shaft heat exchange element. In particular, the working fluid is or comprises at least one of the following: water, methanol, ethanol.
Günstig kann es sein, wenn die Rotationselementwelle als Hohlwelle ausgebildet ist, und wenn das Wellen-Wärmetauschelement in einem Wellen-Innenraum der Rotationselementwelle angeordnet ist. Es lassen sich dadurch das mindestens eine Rotationselement und/oder die Rotationselementwelle kompakt ausführen. Das Wellen-Wärmetauschelement lässt sich dadurch auf einfache Weise in die Rotationselementwelle integrieren.It can be favorable if the rotating element shaft is designed as a hollow shaft and if the shaft heat exchange element is arranged in a shaft interior of the rotating element shaft. As a result, the at least one rotary element and / or the rotary element shaft can be made compact. The shaft heat exchange element can thereby be easily integrated into the rotating element shaft.
Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass das Wellen-Wärmetauschelement einen Steigleitungsabschnitt für Arbeitsfluid und einen bezogen auf eine Strömungsrichtung des Arbeitsfluids auf den Steigleitungsabschnitt folgenden Verdampferabschnitt aufweist, und insbesondere dass mindestens ein Teilbereich des Steigleitungsabschnitts innerhalb mindestens eines Teilbereichs des Verdampferabschnitts angeordnet ist. In dem Steigleitungsabschnitt wird beispielsweise flüssiges Arbeitsfluid entgegen der Gravitationsrichtung nach oben transportiert. Der Transport erfolgt insbesondere mittels einer Kondensatpumpe. Es lässt sich dadurch die transportierte Fluidmenge auf einfache Weise ei nstellen.In particular, it can be provided that the wave heat exchange element has a riser section for working fluid and an evaporator section following the riser section in relation to a flow direction of the working fluid, and in particular that at least a sub-area of the riser section is arranged within at least a sub-area of the evaporator section. In the riser section, for example, liquid working fluid is transported upwards against the direction of gravity. The transport takes place in particular by means of a condensate pump. The amount of fluid transported can thereby be adjusted in a simple manner.
Von dem Steigleitungsabschnitt wird das Arbeitsfluid in den Verdampferabschnitt gefördert. In dem Verdampferabschnitt wird das Arbeitsfluid entlang der Gravitationsrichtung nach unten gefördert. In dem Verdampferabschnitt erfolgt insbesondere ein Phasenwechsel.The working fluid is conveyed from the riser section into the evaporator section. In the evaporator section, the working fluid is conveyed downwards along the direction of gravity. In particular, a phase change takes place in the evaporator section.
Dampfförmiges Arbeitsfluid kann dann beispielsweise in einen Kondensatorabschnitt gelangen. Dort erfolgt wiederum ein Phasenwechsel. Es lässt sich dadurch thermische Energie mittels des Arbeitsfluids aus dem mindestens einen Latentwärmespeicherelement aufnehmen und es lässt sich die aufgenommene thermische Energie über den Kondensatorabschnitt auskoppeln.Vaporous working fluid can then get into a condenser section, for example. A phase change takes place there again. As a result, thermal energy can be absorbed from the at least one latent heat storage element by means of the working fluid, and the absorbed thermal energy can be coupled out via the capacitor section.
Durch die Anordnung des mindestens einen Teilbereichs des Strömungsabschnitts innerhalb mindestens eines Teilbereichs des Verdampferabschnitts ergibt sich ein kompakter Aufbau des Wellen-Wärmetauschelements mit geringem Platzbedarf.The arrangement of the at least one sub-area of the flow section within at least one sub-area of the evaporator section results in a compact construction of the shaft heat exchange element with little space requirement.
Insbesondere erfolgt eine Zufuhr und eine Abfuhr von Arbeitsfluid über eine Seite der Rotationselementwelle.In particular, a supply and a discharge of working fluid takes place via one side of the rotary element shaft.
Alternativ hierzu ist es auch möglich, dass eine Zufuhr und eine Abfuhr von Arbeitsfluid über einander gegenüberliegende Seiten der Rotationselementwelle erfolgen. Beispielsweise erfolgt die Zufuhr des Arbeitsfluids (bezogen auf die Gravitationsrichtung) von oben und die Abfuhr des Arbeitsfluids erfolgt nach unten.As an alternative to this, it is also possible for working fluid to be supplied and discharged via mutually opposite sides of the rotary element shaft. For example, the working fluid is supplied from above (based on the direction of gravity) and the working fluid is discharged downwards.
Günstig kann es sein, wenn die Rotationselementwelle und/oder ein an der Rotationselementwelle angeordnetes Wellen-Wärmetauschelement durch mindestens ein Wandungselement eines Gehäuses der Energiespeichervorrichtung durchgetaucht und/oder durchgeführt ist. Die Rotationselementwelle und/oder das Wellen-Wärmetauschelement sind dadurch insbesondere von einem Innenraum des Gehäuses nach außen geführt. Es lässt sich dadurch beispielsweise Wärme mittels des Wellen-Wärmetauschelements und/oder mittels der Rotationselementwelle aus einem Innenraum des Gehäuses, welcher durch das mindestens eine Wandungselement begrenzt ist, auskoppeln.It can be favorable if the rotary element shaft and / or a shaft heat exchange element arranged on the rotary element shaft is immersed and / or passed through at least one wall element of a housing of the energy storage device. The rotary element shaft and / or the shaft heat exchange element are thereby led to the outside in particular from an interior of the housing. In this way, for example, heat can be extracted by means of the shaft heat exchange element and / or by means of the rotating element shaft from an interior space of the housing which is delimited by the at least one wall element.
Das mindestens eine Wandungselement ist insbesondere ein oberes und/oder ein unteres Wandungselement des Gehäuses (bezogen auf die Gravitationsrichtung).The at least one wall element is in particular an upper and / or a lower wall element of the housing (in relation to the direction of gravity).
Eine Auskopplung von Arbeitsfluid aus dem Wellen-Wärmetauschelement erfolgt beispielsweise mittels einer Dampfentnahmeeinrichtung, welche beispielsweise an einem unteren Gehäuseelement des Gehäuses der Energiespeichervorrichtung angeordnet ist.A decoupling of working fluid from the shaft heat exchange element takes place, for example, by means of a steam extraction device which is arranged, for example, on a lower housing element of the housing of the energy storage device.
Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass ein Massenanteil einer Masse eines Phasenwechselmediums des mindestens einen Latentwärmespeicherelements an einer Masse des mindestens einen Rotationselements mindestens 50 % und insbesondere mindestens 70 % und insbesondere mindestens 80 % und insbesondere mindestens 90 % beträgt. Das Phasenwechselmedium bildet dadurch einen großen Massenanteil an einer Schwungmasse des mindestens einen Rotationselements zur Speicherung kinetischer Energie. Es lässt sich dadurch Energie mit einer erhöhten Energiedichte speichern.In particular, it can be provided that a mass fraction of a mass of a phase change medium of the at least one latent heat storage element in a mass of the at least one rotary element is at least 50% and in particular at least 70% and in particular at least 80% and in particular at least 90%. As a result, the phase change medium forms a large proportion of the mass of a flywheel of the at least one rotary element for storing kinetic energy. This allows energy to be stored with an increased energy density.
Unter der Masse des mindestens einen Rotationselements ist eine Masse der Rotationselementwelle zuzüglich einer Summe einer jeweiligen Masse aller Elemente zu verstehen, welche mit der Rotationselementwelle drehfest verbunden sind und/oder mittels der Rotationselementwelle drehbar sind.The mass of the at least one rotary element is to be understood as a mass of the rotary element shaft plus a sum of a respective mass of all elements which are non-rotatably connected to the rotary element shaft and / or can be rotated by means of the rotary element shaft.
Mittels der Masse des mindestens einen Rotationselements wird durch Drehung des mindestens einen Rotationselements kinetische Energie gespeichert.By means of the mass of the at least one rotation element, kinetic energy is stored by rotating the at least one rotation element.
Günstig kann es sein, wenn der Kopplungseinrichtung eine Spuleneinrichtung und mindestens ein Suszeptorelement zugeordnet sind, wobei das mindestens eine Suszeptorelement mit dem mindestens einen Latentwärmespeicherelement thermisch wirksam verbunden ist. Mittels der Spuleneinrichtung lässt sich auf das mindestens eine Suszeptorelement mittels elektromagnetischer Induktion Energie übertragen. Dadurch lässt sich berührungslos Energie in das mindestens eine Suszeptorelement einkoppeln. Durch Erwärmung des mindestens einen Suszeptorelements lässt sich dadurch Wärme in das mindestens eine Latentwärmespeicherelement einkoppeln.It can be favorable if the coupling device is assigned a coil device and at least one susceptor element, the at least one susceptor element being thermally effectively connected to the at least one latent heat storage element. Energy can be transmitted to the at least one susceptor element by means of electromagnetic induction by means of the coil device. This allows energy to be coupled into the at least one susceptor element in a contactless manner. By heating the at least one susceptor element, heat can thereby be coupled into the at least one latent heat storage element.
Insbesondere ist die Spuleneinrichtung an einem Gehäuseelement eines Gehäuses der Energiespeichervorrichtung und/oder ortsfest bezüglich eines Gehäuseelements der Energiespeichervorrichtung angeordnet.In particular, the coil device is arranged on a housing element of a housing of the energy storage device and / or in a stationary manner with respect to a housing element of the energy storage device.
Das mindestens eine Suszeptorelement ist beispielsweise relativ zu der Spuleneinrichtung bewegbar und/oder drehbar angeordnet. Insbesondere ist das mindestens eine Suszeptorelement an dem mindestens einen Rotationselement angeordnet und/oder in das mindestens eine Rotationselement integriert.The at least one susceptor element is arranged such that it can be moved and / or rotated relative to the coil device. In particular, the at least one susceptor element is arranged on the at least one rotation element and / or integrated into the at least one rotation element.
Die Spuleneinrichtung ist beispielsweise an einem dem mindestens einen Suszeptorelement gegenüberliegenden Wandungselement des Gehäuses der Energiespeichervorrichtung angeordnet.The coil device is arranged, for example, on a wall element of the housing of the energy storage device opposite the at least one susceptor element.
Insbesondere ist das mindestens eine Suszeptorelement an dem mindestens einen Schwungmassenelement und/oder an dem mindestens einen Latentwärmespeicherelement angeordnet.In particular, the at least one susceptor element is arranged on the at least one centrifugal mass element and / or on the at least one latent heat storage element.
Das mindestens eine Suszeptorelement ist insbesondere in das mindestens eine Schwungmassenelement und/oder in das mindestens eine Latentwärmespeicherelement integriert. Beispielsweise wird das mindestens eine Suszeptorelement zumindest teilweise durch ein metallisches Phasenwechselmedium des mindestens einen Latentwärmespeicherelements gebildet.The at least one susceptor element is in particular integrated into the at least one flywheel element and / or into the at least one latent heat storage element. For example, the at least one susceptor element is at least partially formed by a metallic phase change medium of the at least one latent heat storage element.
Die Spuleneinrichtung ist zur Erzeugung eines magnetischen Feldes mit einem Strom und/oder einer Spannung beaufschlagbar.A current and / or a voltage can be applied to the coil device to generate a magnetic field.
Das mindestens eine Suszeptorelement ist aus einem Material hergestellt, welches das mittels der Spuleneinrichtung erzeugte elektromagnetische Feld absorbiert und in Wärme umwandelt.The at least one susceptor element is made of a material which absorbs the electromagnetic field generated by the coil device and converts it into heat.
Beispielsweise ist das mindestens eine Suszeptorelement aus einem Material mit mindestens metallischer elektrischer Leitfähigkeit hergestellt.For example, the at least one susceptor element is made from a material with at least metallic electrical conductivity.
Vorteilhaft kann es sein, wenn das mindestens eine Latentwärmespeicherelement an eine Motoreinrichtung gekoppelt ist, wobei das mindestens eine Latentwärmespeicherelement mittels der Motoreinrichtung beschleunigbar und/oder verzögerbar ist. Mittels der Motoreinrichtung lässt sich das mindestens eine Latentwärmespeicherelement zur Zuführung von kinetischer Energie in Bewegung und/oder Drehung versetzen. Zur Auskopplung von kinetischer Energie lässt sich das mindestens eine Latentwärmespeicherelement mittels der Motoreinrichtung abbremsen.It can be advantageous if the at least one latent heat storage element is coupled to a motor device, wherein the at least one latent heat storage element can be accelerated and / or decelerated by means of the motor device. The at least one latent heat storage element for supplying kinetic energy can be set in motion and / or rotation by means of the motor device. In order to decouple kinetic energy, the at least one latent heat storage element can be braked by means of the motor device.
Alternativ oder zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass das mindestens eine Latentwärmespeicherelement an eine Getriebeeinrichtung gekoppelt ist, mittels welcher das mindestens eine Latentwärmespeicherelement beschleunigbar und/oder verzögerbar ist.Alternatively or additionally, it can be provided that the at least one latent heat storage element is coupled to a transmission device by means of which the at least one latent heat storage element can be accelerated and / or decelerated.
Die Motoreinrichtung, an welche das mindestens eine Latentwärmespeicherelement gekoppelt ist, ist insbesondere eine elektrische Motoreinrichtung.The motor device to which the at least one latent heat storage element is coupled is in particular an electric motor device.
Die Motoreinrichtung ist beispielsweise außerhalb eines Gehäuses der Wärmeübertragungsvorrichtung angeordnet.The motor device is arranged, for example, outside a housing of the heat transfer device.
Alternativ hierzu ist die Motoreinrichtung in dem Gehäuse angeordnet. Die Motoreinrichtung ist beispielsweise in ein Rotationselement der Energiespeichervorrichtung integriert.Alternatively, the motor device is arranged in the housing. The motor device is integrated, for example, into a rotation element of the energy storage device.
Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass die thermische Speichereinrichtung und die kinetische Speichereinrichtung innerhalb eines Innenraums eines Gehäuses der Energiespeichervorrichtung angeordnet sind, und insbesondere dass in dem Innenraum ein Unterdruckbereich ausgebildet ist und/oder dass in dem Innenraum eine Gasatmosphäre mit einem Gas ausgebildet ist, welches eine geringere Dichte als Luft aufweist. Der Unterdruckbereich ist beispielsweise ein Vakuum. Die Gasatmosphäre ist beispielsweise eine Wasserstoffatmosphäre und/oder eine Heliumatmosphäre.In particular, it can be provided that the thermal storage device and the kinetic storage device are arranged within an interior of a housing of the energy storage device, and in particular that a negative pressure area is formed in the interior and / or that a gas atmosphere with a gas is formed in the interior has a lower density than air. The negative pressure area is, for example, a vacuum. The gas atmosphere is, for example, a hydrogen atmosphere and / or a helium atmosphere.
Durch die Anordnung der kinetischen Speichereinrichtung und der thermischen Speichereinrichtung innerhalb des Innenraums des Gehäuses der Energiespeichervorrichtung lässt sich insbesondere eine Rekuperation von kinetischen Verlusten (z.B. durch Luftreibungsverluste oder Reibungsverluste durch die Lagerung der kinetischen Speichereinrichtung) in Form von Wärme realisieren. Die sich aus den kinetischen Verlusten ergebende thermische Energie bleibt dann in dem Innenraum des Gehäuses gespeichert.By arranging the kinetic storage device and the thermal storage device within the interior of the housing of the energy storage device, in particular a recuperation of kinetic losses (e.g. due to air friction losses or friction losses due to the storage of the kinetic storage device) in the form of heat can be realized. The thermal energy resulting from the kinetic losses then remains stored in the interior of the housing.
Unter dem Unterdruckbereich ist ein Bereich zu verstehen, innerhalb welchem der Druck geringer als der Atmosphärendruck ist. In dem in dem Innenraum des Gehäuses ausgebildeten Unterdruckbereich ist der Druck geringer als außerhalb des Gehäuses.The negative pressure range is to be understood as a range within which the pressure is lower than atmospheric pressure. In the negative pressure area formed in the interior of the housing, the pressure is lower than outside the housing.
Mittels des Unterdruckbereichs lassen sich Luftreibungsverluste der kinetischen Speichereinrichtung und insbesondere eines Rotationselements der kinetischen Speichereinrichtung verringern.Air friction losses of the kinetic storage device and in particular of a rotation element of the kinetic storage device can be reduced by means of the negative pressure region.
Insbesondere ist der Energiespeichervorrichtung mindestens eine Vakuumpumpe zur Erzeugung eines Unterdruckbereichs innerhalb eines Innenraums eines Gehäuses der Energiespeichervorrichtung zugeordnet. Die Vakuumpumpe ist beispielsweise fluidwirksam mit dem Innenraum des Gehäuses verbunden.In particular, the energy storage device is assigned at least one vacuum pump for generating a negative pressure area within an interior of a housing of the energy storage device. The vacuum pump is fluidly connected, for example, to the interior of the housing.
Der in dem Innenraum des Gehäuses ausbildbare Unterdruckbereich ist beispielsweise ein Hochvakuum oder ein Ultrahochvakuum.The negative pressure area that can be formed in the interior of the housing is, for example, a high vacuum or an ultra-high vacuum.
Insbesondere beträgt ein Druck innerhalb des Unterdruckbereichs höchstens 10-3 mbar und insbesondere höchstens 10-7 mbar.In particular, a pressure within the negative pressure range is at most 10 -3 mbar and in particular at most 10 -7 mbar.
Alternativ oder zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass der Energiespeichervorrichtung mindestens eine Pumpe zur Erzeugung eines Überdruckbereichs innerhalb eines Innenraums eines Gehäuses der Energiespeichervorrichtung zugeordnet ist. Die Pumpe ist beispielsweise fluidwirksam mit dem Innenraum des Gehäuses verbunden.Alternatively or additionally, it can be provided that the energy storage device is assigned at least one pump for generating an overpressure area within an interior of a housing of the energy storage device. The pump is fluidly connected, for example, to the interior of the housing.
Insbesondere beträgt ein Druck innerhalb des Überdruckbereichs mindestens 1 bar und insbesondere mindestens 6 bar und/oder insbesondere höchstens 30 bar.In particular, a pressure within the overpressure range is at least 1 bar and in particular at least 6 bar and / or in particular at most 30 bar.
Mittels des Überdruckbereichs lässt sich eine kinetische Selbstentladung der kinetischen Speichereinrichtung realisieren. Durch den hohen Druck innerhalb des Überdruckbereichs erfolgt eine Umwandlung der gespeicherten kinetischen Energie durch Reibungskräfte in thermische Energie. Es lässt sich dadurch gezielt in der Energiespeichervorrichtung gespeicherte kinetische Energie in thermische Energie umwandeln, welche dann in dem Innenraum des Gehäuses der Energiespeichervorrichtung gespeichert ist.A kinetic self-discharge of the kinetic storage device can be implemented by means of the overpressure area. Due to the high pressure within the overpressure range, the stored kinetic energy is converted into thermal energy by frictional forces. As a result, kinetic energy stored in the energy storage device can be specifically converted into thermal energy, which is then stored in the interior of the housing of the energy storage device.
Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass in dem Innenraum des Gehäuses der Energiespeichervorrichtung ein Überdruckbereich ausgebildet ist, und dass in dem Innenraum eine Gasatmosphäre mit einem Gas ausgebildet ist, welches eine geringere Dichte als Luft aufweist. Die Gasatmosphäre ist beispielsweise eine Wasserstoffatmosphäre und/oder eine Heliumatmosphäre.In particular, it can be provided that an overpressure area is formed in the interior of the housing of the energy storage device, and that a gas atmosphere with a gas which has a lower density than air is formed in the interior. The gas atmosphere is, for example, a hydrogen atmosphere and / or a helium atmosphere.
Wasserstoffgas und/oder Heliumgas weisen eine gute thermische Leitfähigkeit auf und lassen sich damit beispielsweise zur Auskopplung von thermischer Energie aus dem mindestens einen Latentwärmespeicherelement verwenden. Hierzu ist beispielsweise mindestens ein Wärmetauschelement vorgesehen, welches in dem Innenraum des Gehäuses angeordnet ist (siehe oben).Hydrogen gas and / or helium gas have good thermal conductivity and can therefore be used, for example, to extract thermal energy from the at least one latent heat storage element. For this purpose, at least one heat exchange element is provided, for example, which is arranged in the interior of the housing (see above).
Insbesondere ist der Innenraum mittels eines Dichtungselements fluiddicht abgedichtet. Das mindestens eine Dichtungselement ist oder umfasst beispielsweise eine Magnetfluiddichtung.In particular, the interior is sealed fluid-tight by means of a sealing element. The at least one sealing element is or comprises, for example, a magnetic fluid seal.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Energiespeicherung bereitgestellt, bei dem thermische Energie mittels einer thermischen Speichereinrichtung gespeichert wird, wobei die thermische Speichereinrichtung mindestens ein Latentwärmespeicherelement zur Speicherung der thermischen Energie aufweist, bei dem kinetische Energie mittels einer kinetischen Speichereinrichtung gespeichert wird, wobei die kinetische Speichereinrichtung mindestens ein bewegbares Schwungmassenelement zur Speicherung der kinetischen Energie aufweist, und wobei das mindestens eine Schwungmassenelement zumindest teilweise durch das mindestens eine Latentwärmespeicherelement gebildet wird, und bei dem die thermische und/oder kinetische Energie mittels einer Kopplungseinrichtung in die Energiespeichereinrichtung eingekoppelt und/oder aus der Energiespeichereinrichtung ausgekoppelt wird.According to the invention, a method for energy storage is provided in which thermal energy is stored by means of a thermal storage device, the thermal storage device having at least one latent heat storage element for storing the thermal energy, in which kinetic energy is stored by means of a kinetic storage device, the kinetic storage device having at least one has movable flywheel element for storing the kinetic energy, and wherein the at least one flywheel element is at least partially formed by the at least one latent heat storage element, and in which the thermal and / or kinetic energy is coupled into the energy storage device by means of a coupling device and / or is decoupled from the energy storage device .
Das erfindungsgemäße Verfahren weist insbesondere ein oder mehrere Merkmale und/oder Vorteile der erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung auf.The method according to the invention has in particular one or more features and / or advantages of the energy storage device according to the invention.
Insbesondere lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren mittels der erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung durchführen und/oder das erfindungsgemäße Verfahren wird mittels der erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung durchgeführt.In particular, the method according to the invention can be carried out using the energy storage device according to the invention and / or the method according to the invention is carried out using the energy storage device according to the invention.
Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass zur Speicherung der kinetischen Energie das mindestens eine Latentwärmespeicherelement in Bewegung und/oder Rotation versetzt wird.In particular, it can be provided that the at least one latent heat storage element is set in motion and / or rotation in order to store the kinetic energy.
Günstig kann es sein, wenn die thermische Speichereinrichtung und die kinetische Speichereinrichtung innerhalb eines Unterdruckbereiches angeordnet werden und/oder in einer Gasatmosphäre mit einem Gas angeordnet werden, welches eine geringere Dichte als Luft aufweist.It can be favorable if the thermal storage device and the kinetic storage device are arranged within a negative pressure area and / or are arranged in a gas atmosphere with a gas which has a lower density than air.
Alternativ oder zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass die thermische Speichereinrichtung und die kinetische Speichereinrichtung innerhalb eines Überdruckbereichs angeordnet werden und/oder in einer Gasatmosphäre mit einem Gas angeordnet werden, welches eine geringere Dichte als Luft aufweist.Alternatively or additionally, it can be provided that the thermal storage device and the kinetic storage device are arranged within an overpressure area and / or are arranged in a gas atmosphere with a gas which has a lower density than air.
Die Gasatmosphäre ist beispielsweise eine Wasserstoffatmosphäre und/oder eine Heliumatmosphäre.The gas atmosphere is, for example, a hydrogen atmosphere and / or a helium atmosphere.
Durch die Anordnung der thermischen Speicheinrichtung und der kinetischen Speichereinrichtung innerhalb des Überdruckbereichs lässt sich eine kinetische Selbstentladung realisieren, bei welcher eine gezielte Umwandlung von in der kinetischen Speichereinrichtung gespeicherter kinetischer Energie in thermische Energie erfolgt.By arranging the thermal storage device and the kinetic storage device within the overpressure area, a kinetic self-discharge can be implemented in which a targeted conversion of kinetic energy stored in the kinetic storage device into thermal energy takes place.
Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass kinetische Energie aus der kinetischen Speichereinrichtung dadurch ausgekoppelt wird, dass die kinetische Speichereinrichtung und die thermische Speichereinrichtung innerhalb eines Überdruckbereichs angeordnet werden.In particular, it can be provided that kinetic energy is decoupled from the kinetic storage device in that the kinetic storage device and the thermal storage device are arranged within an overpressure area.
Insbesondere wird thermische Energie mittels elektromagnetischer Induktion in das mindestens eine Latentwärmespeicherelement eingekoppelt.In particular, thermal energy is coupled into the at least one latent heat storage element by means of electromagnetic induction.
Insbesondere wird thermische Energie aus dem mindestens einen Latentwärmespeicherelement dadurch ausgekoppelt, dass das mindestens eine Latentwärmespeicherelement Wärme an einen Gasstrom abgibt und insbesondere dass der Gasstrom die aufgenommene Wärme an ein Wärmetauschelement abgibt. Mittels des Wärmetauschelements kann dann beispielsweise die Wärme aus der thermischen Speichereinrichtung ausgekoppelt werden.In particular, thermal energy is decoupled from the at least one latent heat storage element in that the at least one latent heat storage element gives off heat to a gas flow and in particular that the gas flow gives off the absorbed heat to a heat exchange element. By means of the heat exchange element can then, for example, the heat can be extracted from the thermal storage device.
Falls nicht anders angegeben, ist unter der Angabe „zumindest näherungsweise“ zu verstehen, dass ein Wert und/oder ein Abstand und/oder ein Winkel um höchstens 10 % von dem angegebenen Wert und/oder Abstand und/oder Winkel abweicht.Unless otherwise stated, the indication “at least approximately” means that a value and / or a distance and / or an angle deviates by at most 10% from the specified value and / or distance and / or angle.
Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang mit den Zeichnungen der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:
-
1 eine schematische Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung; -
2 eine schematische Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung; -
3 eine Detailansicht des Teilbereichs A gemäß2 ; -
4 eine schematische Schnittansicht eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung; -
5 eine perspektivische Teilschnittdarstellung des Ausführungsbeispiels der Energiespeichervorrichtung gemäß4 ; -
6 eine Detailansicht des Teilbereichs B gemäß5 ; -
7 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Rotationselements für die Energ iespeichervorrichtu ng; -
8 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Rotationselements; und -
9 ein drittes Ausführungsbeispiel eines Rotationselements.
-
1 a schematic sectional view of a first embodiment of an energy storage device according to the invention; -
2 a schematic sectional view of a second embodiment of an energy storage device according to the invention; -
3 a detailed view of the portion A according to2 ; -
4th a schematic sectional view of a third embodiment of an energy storage device according to the invention; -
5 a perspective partial sectional view of the embodiment of the energy storage device according to FIG4th ; -
6th a detailed view of the portion B according to5 ; -
7th a first embodiment of a rotary element for the energy storage device; -
8th a second embodiment of a rotary element; and -
9 a third embodiment of a rotary element.
Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.Identical or functionally equivalent elements are denoted by the same reference symbols in all figures.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung ist in
Die thermische Speichereinrichtung
Das Phasenwechselmedium
Die kinetische Speichereinrichtung
Das Rotationselement
Das Rotationselement
Zur Speicherung kinetischer Energie werden die Schwungmassenelemente
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Latentwärmespeicherelemente
Dem Latentwärmespeicherelement
Das Latentwärmespeicherelement
Das Rotationselement
Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass ein Massenanteil der Masse
Die Energiespeichervorrichtung
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß
Das Gehäuse
Die Längsmittelachse
In einem Betriebszustand der Energiespeichervorrichtung
Das Gehäuse
Das Gehäuse
Das Gehäuse
Das erste Wandungselement
Beispielsweise begrenzen das erste Wandungselement
Das seitliche Wandungselement
An dem ersten Wandungselement
Das erste Öffnungselement
Die Rotationselementwelle
Beispielsweise ist die Rotationselementwelle
Die Rotationselementwelle
Die Rotationselementwelle
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß
Zur Herstellung des Unterdruckbereichs innerhalb des Innenraums
Alternativ oder zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass dem Innenraum eine Pumpe zugeordnet ist, mittels welcher sich in dem Innenraum
Das Gehäuse
Mittels der Magnetfluiddichtung ist die Rotationselementwelle
Zur Einkopplung von kinetischer Energie in Form von Rotationsenergie ist eine elektrische Motoreinrichtung
Die elektrische Motoreinrichtung umfasst einen Antriebsmodus und einen Generatormodus. In dem Antriebsmodus wird mittels der elektrischen Motoreinrichtung
Die elektrische Motoreinrichtung ist beispielsweise an dem zweiten Wandungselement
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß
Insbesondere umfasst die magnetische Kupplung
Die magnetische Kupplung
Der Kopplungseinrichtung
Bei dem in
Die elektrische Spuleneinrichtung
Der Kopplungseinrichtung
Die Suszeptorelemente
Das Suszeptorelement
Zur Einkopplung von Wärme in die Latentwärmespeicherelemente
Zur Auskopplung von Wärme aus den Latentwärmespeicherelementen
Durch das Wellen-Wärmetauschelement
Zur Integration des Wellen-Wärmetauschelements
Das Wellen-Wärmetauschelement
Beispielsweise sind der Steigleitungsabschnitt
Der Steigleitungsabschnitt
Insbesondere verläuft mindestens ein Teilbereich des Steigleitungsabschnitts
Das Wellen-Wärmetauschelement
Die Rotationselementwelle
Das erste Ende
Der Übergang
Bei dem in
Die Seiten
Zur Zufuhr von insbesondere kondensiertem Arbeitsfluid zu dem Steigleitungsabschnitt
Zur Auskopplung von insbesondere gasförmigem Arbeitsfluid aus dem Verdampferabschnitt
Zur Auskopplung von thermischer Energie aus dem beispielsweise gasförmigen Arbeitsfluid ist eine Kondensatoreinrichtung
Dem Wellen-Wärmetauschelement
Es wird somit ein geschlossener Kreislauf für das Arbeitsfluid gebildet, welches durch das Wellen-Wärmetauschelement geführt wird.A closed circuit is thus formed for the working fluid which is passed through the shaft heat exchange element.
Die Kondensatpumpe
Zur Auskopplung von thermischer Energie aus den Latentwärmespeicherelementen
Bei einer Variante des in
Die Generatoreinrichtung
Die mittels des Generatorelements
Die Energieversorgungseinrichtung
Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Energiespeichervorrichtung, welches in
Bei dem in
Bei dem in
Die Rotationselementwelle
Die Rotationselementwelle
Die Rotationselementwelle
An dem zweiten Ende
Die Rotationselementwelle
Mittels der Kondensatpumpe
Beispielsweise strömt das Arbeitsfluid bezogen auf die Gravitationsrichtung
Das Wellen-Wärmetauschelement
Gasförmiges Arbeitsfluid wird anschließend mittels der Dampfentnahmeeinrichtung
In dem Kondensatorabschnitt
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß
Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Energiespeichervorrichtung, welche in den
Die Energiespeichervorrichtung
Die magnetische Kupplung
Das Rotationselement
Beispielsweise ist jeweils ein Magnetlager
Das zweite Magnetlager
Das erste Wandungselement
Insbesondere weist das erste Wandungselement
Die Einbuchtung
In der Einbuchtung
Ein zweites Ende
Insbesondere ist das zweite Ende
Die Rotationselementwelle
Die Latentwärmespeicherelemente
Insbesondere ist zwischen der Rotationselementwelle
Die Schwungmassenelemente
Zur Aufnahme der Latentwärmespeicherelemente
Bei dem in den
Die Kühlkanäle
Die Kühlkanäle
Beispielsweise sind an dem Wandungselement
Der Kühlkanal
An dem radial inneren Ende
Der Verteilerkanal
Der Verteilerkanal
Bei dem in den
Die elektrische Heizeinrichtung
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die elektrische Heizeinrichtung
Die Latentwärmespeicherelemente
Die elektrische Heizeinrichtung
Insbesondere ist die elektrische Heizeinrichtung
Das radial äußere Ende
Die elektrische Heizeinrichtung
Das Halteelement
Die Heizelemente
Voneinander verschiedene Heizelemente
Die Heizelemente
Zwischen dem Rotationselement
Die Innenseite
Die radial äußeren Enden
Das Wärmetauschelement
Das Wärmetauschelement
Das Wärmetauschelement
Es kann vorgesehen sein, dass zur Steuerung und/oder Regelung einer Zufuhr von Arbeitsfluid zu dem Wärmetauschelement
Bei dem in den
In dem Innenraum
Beispielsweise dient Wasserstoffgas und/oder Heliumgas als Kühlgas für die Latentwärmespeicherelemente
Ein Ausführungsbeispiel eines Rotationselements zur Verwendung als Rotationselement in einer der vorstehend beschriebenen Energiespeichervorrichtungen ist in
Die Rotationselementwelle
An der Rotationselementwelle
Über eine Seite
Die Latentwärmespeicherelemente
Zwischen den Latentwärmespeicherelementen
Weiter ist ein Wärmetauschelement
Das Wärmetauschelement
Es kann vorgesehen sein, dass an dem Wärmetauschelement
Es kann vorgesehen sein, dass die Stützstruktur
Die Rotationselementwelle
Insbesondere sind die Isolationsstruktur
Die Latentwärmespeicherelemente
Das in
Die Rotationselementwelle
An der Rotationselementwelle
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß
Die erste Seite
Bei dem in
Die elektrische Motoreinrichtung
Ein Rotorelement
Das Rotorelement
Die Isolationsstruktur
Das Wärmetauschelement
Das Drehdurchführungselement
Das Drehdurchführungselement
Die erfindungsgemäße Energiespeichervorrichtung funktioniert wie folgt:
- Zur Speicherung von Energie in
der Energiespeichervorrichtung 10 wird beispielsweise elektrische Energie indie Energieversorgungseinrichtung 60 eingekoppelt.
- For storing energy in the
energy storage device 10 is for example electrical energy in theenergy supply device 60 coupled.
Die elektrische Energie wird mittels der elektrischen Motoreinrichtung
Die zugeführte Energie wird weiterhin zumindest teilweise mittels der elektrischen Spuleneinrichtung
Auf diese Weise wird die Energiespeichervorrichtung
Durch die Ausbildung eines Unterdruckbereichs und insbesondere eines Vakuums in dem Innenraum
Durch das Gehäuse
Zur Auskopplung der in der Energievorrichtung
Die Auskopplung von thermischer Energie aus der Energiespeichervorrichtung
Der Kondensatoreinrichtung
Auf diese Weise kann in den Latentwärmespeicherelementen
Eine Umwandlung der ausgekoppelten thermischen Energie in elektrische Energie kann beispielsweise durch Ausführung eines Dampfkraftprozesses mittels der Generatoreinrichtung
Die Energiespeichervorrichtung
Bei der Energiespeichervorrichtung
Die Entnahme von thermischer Energie erfolgt bei der Energiespeichervorrichtung
Bei der Energiespeichervorrichtung
Beim Durchfluss des Gases durch die Kühlkanäle
Das erwärmte Gas trifft auf das Wärmetauschelement
Hierzu wird das Wärmetauschelement
Es kann vorgesehen sein, dass zur Umwandlung der ausgekoppelten thermischen Energie in elektrische Energie der Kondensatoreinrichtung
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- M1M1
- Masse des PhasenwechselmediumsMass of the phase change medium
- M2M2
- Masse des RotationselementsMass of the rotating element
- gG
- GravitationsrichtungDirection of gravity
- 1010
- EnergiespeichervorrichtungEnergy storage device
- 1212
- Thermische SpeichereinrichtungThermal storage device
- 1414th
- Kinetische SpeichereinrichtungKinetic storage device
- 1616
- LatentwärmespeicherelementLatent heat storage element
- 1818th
- PhasenwechselmediumPhase change medium
- 2020th
- SchwungmassenelementFlywheel element
- 2222nd
- RotationselementRotation element
- 2424
- RotationselementwelleRotating element shaft
- 2626th
- Innenrauminner space
- 2828
- Gehäusecasing
- 3030th
- KopplungseinrichtungCoupling device
- 3232
- LängsmittelachseLongitudinal central axis
- 3434
- Erstes WandungselementFirst wall element
- 3636
- Zweites WandungselementSecond wall element
- 3838
- Seitliches WandungselementLateral wall element
- 4040
- Radiale RichtungRadial direction
- 4242
- Erstes ÖffnungselementFirst opening element
- 4444
- Zweites ÖffnungselementSecond opening element
- 4646
- MagnetlagerMagnetic bearings
- 46a46a
- Erstes MagnetlagerFirst magnetic bearing
- 46b46b
- Zweites MagnetlagerSecond magnetic bearing
- 4848
- VakuumpumpeVacuum pump
- 5050
- MagnetfluiddichtungMagnetic fluid seal
- 5252
- Elektrische MotoreinrichtungElectric motor device
- 5454
- MotorwelleMotor shaft
- 5656
- Seitepage
- 5858
- Magnetische KupplungMagnetic coupling
- 6060
- EnergieversorgungseinrichtungEnergy supply device
- 6262
- Elektrische SpuleneinrichtungElectric coil device
- 6464
- SuszeptorelementSusceptor element
- 6666
- Wellen-WärmetauschelementWave heat exchange element
- 6868
- Wellen-InnenraumWave interior
- 7070
- SteigleitungsabschnittRiser section
- 7272
- VerdampferabschnittEvaporator section
- 7474
- Oberer EndbereichUpper end area
- 7676
- Übergangcrossing
- 7878
- Erstes EndeFirst end
- 8080
- Zweites EndeSecond ending
- 8282
- Seitepage
- 8484
- KondensatpumpeCondensate pump
- 8686
- DampfentnahmeeinrichtungSteam extraction device
- 8888
- KondensatoreinrichtungCondenser device
- 9090
- KondensatorvorlaufCondenser supply
- 9292
- KondensatorrücklaufCondenser return
- 9494
- KondensatorabschnittCondenser section
- 9696
- GeneratoreinrichtungGenerator device
- 9898
- DampfexpanderSteam expander
- 100100
- GeneratorelementGenerator element
- 101101
- Ausschlussexclusion
- 102102
- EnergiespeichervorrichtungEnergy storage device
- 104104
- Kugellagerball-bearing
- 106106
- RotationselementwelleRotating element shaft
- 108108
- Erstes EndeFirst end
- 110110
- Zweites EndeSecond ending
- 112112
- Seitepage
- 114114
- MotorgehäuseMotor housing
- 116116
- EinkopplungseinrichtungCoupling device
- 118118
- Wellen-InnenraumWave interior
- 120120
- Wellen-WärmetauschelementWave heat exchange element
- 122122
- EnergiespeichervorrichtungEnergy storage device
- 124124
- RotationselementwelleRotating element shaft
- 126126
- Einbuchtungindentation
- 128128
- Innenseiteinside
- 130130
- Erstes EndeFirst end
- 132132
- Zweites EndeSecond ending
- 134134
- Strukturstructure
- 136136
- HaltebereichHolding area
- 138138
- HalteelementRetaining element
- 140140
- WandungselementWall element
- 142142
- KühlkanalCooling duct
- 144144
- WärmetauschelementHeat exchange element
- 146146
- Radial inneres EndeRadial inner end
- 148148
- Radial äußeres EndeRadially outer end
- 150150
- VerteilerkanalDistribution channel
- 152152
- Radial inneres EndeRadial inner end
- 154154
- Erstes EndeFirst end
- 156156
- Zweites EndeSecond ending
- 158158
- Elektrische HeizeinrichtungElectric heater
- 160160
- Radial äußeres EndeRadially outer end
- 162162
- Radial äußere SeiteRadially outer side
- 164164
- HeizelementHeating element
- 166166
- HalteelementRetaining element
- 168168
- UmfangsrichtungCircumferential direction
- 170170
- SpaltbereichGap area
- 172172
- Innenseiteinside
- 174174
- VentileinrichtungValve device
- 176176
- RotationselementRotation element
- 178178
- RotationselementwelleRotating element shaft
- 180180
- Seitepage
- 182182
- IsolationsstrukturIsolation structure
- 184184
- WärmetauschelementHeat exchange element
- 186186
- WärmeleitstrukturThermal structure
- 188188
- StützstrukturSupport structure
- 190190
- RotationselementRotation element
- 192192
- RotationselementwelleRotating element shaft
- 194194
- Erste SeiteFirst page
- 196196
- Zweite SeiteSecond page
- 198198
- Erstes EndeFirst end
- 200200
- Zweites EndeSecond ending
- 202202
- RotationselementRotation element
- 204204
- StatorelementStator element
- 206206
- MittelbereichMidrange
- 208208
- RotorelementRotor element
- 210210
- DrehdurchführungselementRotary feedthrough element
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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