DE102019116174B4 - Energy storage device and method for energy storage - Google Patents
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Abstract
Energiespeichervorrichtung, umfassend- eine thermische Speichereinrichtung (12) zur Speicherung thermischer Energie,- 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) aufweist, und das mindestens eine Schwungmassenelement (20) zumindest teilweise durch das mindestens eine Latentwärmespeicherelement (16) gebildet wird, wobei das mindestens eine Latentwärmespeicherelement (16) als Schwungmassenelement (20) zur Speicherung der kinetischen Energie dient und zur Speicherung der kinetischen Energie in Bewegung und/oder Rotation versetzt wird, und mindestens ein Rotationselement (22; 176; 190; 202) mit einer Rotationselementwelle (24; 106; 124; 178; 192) aufweist, welche mit dem mindestens einen Latentwärmespeicherelement (16) drehfest verbunden ist, und- eine Kopplungseinrichtung (30) zur Einkopplung von thermischer und kinetischer Energie in die Energiespeichervorrichtung und Auskopplung von thermischer und kinetischer Energie aus der Energiespeichervorrichtung,wobei der Kopplungseinrichtung (30) eine elektrische Heizeinrichtung (158) zur Einkopplung von Wärme in das mindestens eine Latentwärmespeicherelement (16) zugeordnet ist, wobei die elektrische Heizeinrichtung (158) an dem mindestens einen Latentwärmespeicherelement (16) und/oder an dem mindestens einen Rotationselement (22; 176; 190; 202) angeordnet ist, und wobei der Kopplungseinrichtung (30) ein Wellen-Wärmetauschelement (66; 120) zur Auskopplung von Wärme aus dem mindestens einen Latentwärmespeicherelement zugeordnet ist, wobei das Wellen-Wärmetauschelement (66; 120) an der Rotationselementwelle (24; 106; 124; 178; 192) angeordnet ist und/oder in die Rotationselementwelle (24; 106; 124; 178; 192) integriert ist.Energy storage device, comprising - a thermal storage device (12) for storing thermal energy, - a kinetic storage device (14) for storing kinetic energy, wherein the thermal storage device (12) has 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 flywheel element (20), and the at least one flywheel element (20) is at least partially formed by the at least one latent heat storage element (16), wherein the at least one latent heat storage element (16) serves as a flywheel element (20) for storing the kinetic energy and is set in motion and/or rotation for storing the kinetic energy, and at least one rotation element (22; 176; 190; 202) with a rotation element shaft (24; 106; 124; 178; 192) which is connected in a rotationally fixed manner to the at least one latent heat storage element (16). and- a coupling device (30) for coupling thermal and kinetic energy into the energy storage device and for coupling thermal and kinetic energy out of the energy storage device,wherein the coupling device (30) is assigned an electrical heating device (158) for coupling heat into the at least one latent heat storage element (16), wherein the electrical heating device (158) is attached to the at least one latent heat storage element (16) and/or to the at least one rotation element (22; 176; 190; 202) is arranged, and wherein the coupling device (30) is assigned a shaft heat exchange element (66; 120) for coupling out heat from the at least one latent heat storage element, wherein the shaft heat exchange element (66; 120) is arranged on the rotary element shaft (24; 106; 124; 178; 192) and/or is integrated into the rotary element shaft (24; 106; 124; 178; 192).
Description
Die Erfindung betrifft eine Energiespeichervorrichtung.The invention relates to an energy storage device.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Energiespeicherung.Furthermore, the invention relates to a method for energy storage.
Aus der
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In dem Artikel „Energiespeicher - Stand und Perspektiven“, TAB-Arbeitsbericht Nr. 123, 2008, erschienen am 22. Oktober 2008, sind diverse technische Möglichkeiten zur Energiespeicherung aufgezeigt.In the article “Energy storage – status and perspectives”, TAB working report No. 123, 2008, published on October 22, 2008, various technical options for energy storage are presented.
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 as mentioned above, which has a compact design and in which energy can be stored with an increased energy density.
Diese Aufgabe wird bei der Energiespeichervorrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst.This object is achieved in the energy storage device with the features according to claim 1.
Das mindestens eine Latentwärmespeicherelement dient als Schwungmassenelement zur Speicherung der kinetischen Energie und/oder als Schwungmassenelement für die kinetische Speichereinrichtung.The at least one latent heat storage element serves as a flywheel element for storing the kinetic energy and/or as a flywheel 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.The solution according to the invention uses the at least one latent heat storage element both for storing thermal energy and for storing kinetic energy. This results in a dual 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.This allows energy to be stored with a particularly high energy density using 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 in particular as a storage element which stores a large part of the thermal energy supplied to it in the form of latent heat, such as 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 metaltisches 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 arranged to be rotatable. This allows kinetic energy and in particular rotational energy to be stored by means of the at least one flywheel element.
Die kinetische Speichereinrichtung weist mindestens ein Rotationselement mit einer Rotationselementwelle auf, 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.The kinetic storage device has at least one rotating element with a rotating element shaft, which is connected in a rotationally fixed manner to the at least one latent heat storage element. Kinetic energy can thus be stored according to the principle of a flywheel, with the at least one latent heat storage element forming a flywheel mass of the flywheel for storing the kinetic energy.
Beispielsweise besteht das mindestens eine Rotationselement zumindest teilweise aus einem Phasenwechselmedium und insbesondere aus einem metallischen 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 connected in a rotationally fixed manner 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 connected to the rotary element shaft in a rotationally fixed manner. The latent heat storage elements are arranged, for example, rotationally symmetrically with respect to the rotary 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 advantageous if the at least one rotary element is arranged in an interior space 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 rotary 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 rotation element is rotatably mounted, for example, relative to the housing of the energy storage device.
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 to a motor shaft for accelerating and/or decelerating the at least one rotary element by means of a magnetic coupling element, and in particular that the magnetic coupling element is or comprises a magnetic reluctance coupling. The motor shaft is, for example, part of an electric motor device. 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 region and the motor shaft is arranged outside the negative pressure region.
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 serves 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 rotary element shaft, the magnetic reluctance coupling comprises, for example, a hollow cylindrical stator with one or more magnets arranged on the circumference of the stator and a first rotor which is rotatably mounted within the stator. The first rotor is rotationally fixed to the motor shaft and has a plurality of ferromagnetic sections arranged on its circumference. The magnetic reluctance coupling further comprises a second rotor which is rotationally fixed to the first rotor and is rotationally fixed to the rotary element shaft. 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 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 connected in a rotationally fixed manner to the rotary 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 advantageous if the rotary element shaft is integrally connected to a motor shaft for accelerating and/or decelerating the at least one rotary element. In this case, in particular, no magnetic coupling element is present and/or in particular no magnetic coupling element is required.
Der Kopplungseinrichtung ist eine elektrische Heizeinrichtung zur Einkopplung von Wärme in das mindestens eine Latentwärmespeicherelement zugeordnet, 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.The coupling device is assigned an electrical heating device for coupling heat into the at least one latent heat storage element, wherein the electrical heating device is arranged on the at least one latent heat storage element and/or on the at least one rotation element. Electrical energy can thus 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 electric 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 rotation element. The electrical heating device is, for example, integrated into the at least one rotation element.
Beispielsweise ist die elektrische Heizeinrichtung rotationssymmetrisch bezüglich der Rotationselementwelle angeordnet und/oder ringförmig um die Rotationselementwelle angeordnet.For example, the electric heating device is rotationally symmetrical with respect to the Rota tion element shaft and/or arranged in a ring around the rotation 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 electric 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 electric heating device surrounds and/or encloses the at least one flywheel 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, wherein the two spatial directions lie in a plane which is oriented transversely and in particular perpendicular to a longitudinal central axis and/or to the rotary element shaft of the at least one rotary element.
Die elektrische Heizeinrichtung umfasst insbesondere eine Mehrzahl von Heizelementen, welche beispielsweise als Heizpatronen ausgebildet sind. Die Heizelemente sind beispielsweise zylinderförmig ausgebildet.The electric heating device comprises in particular a plurality of heating elements, which are designed, for example, as heating cartridges. The heating elements are designed, for example, in a cylindrical shape.
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 flywheel element and/or the at least one latent heat storage element. The heating cartridges are arranged, for example, rotationally symmetrically 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 rotary element. The heating elements in particular 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 rotary 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 are connected to the rotary element shaft in a rotationally fixed manner, if at least one cooling channel and at least one heat exchange element for extracting heat from the latent heat storage elements are assigned to the coupling device, if the at least one cooling channel is arranged on the at least one rotary element between adjacent latent heat storage elements, and if 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 thus 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 releases 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 that 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, for example, flow through the at least one cooling channel. This allows the hydrogen gas and/or the helium gas to 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 arranged in particular in an interior space of a housing of the energy storage device and/or 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 protection element for the energy storage device, for example in the event of breakage of the at least one rotating element 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.Through the at least one heat exchange element, in particular 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.
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 perpendicularly 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 arranged in particular in a stationary and/or rotationally fixed 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 is arranged stationary with respect to a wall element of a housing of the energy storage device, 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 of the housing and in particular delimits the interior in a plane which is oriented transversely and in particular perpendicularly 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 rotary 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 inner side of the wall element is in particular facing the interior of the housing and/or 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 advantageous if the at least one cooling channel opens at the radially outer end into a gap region 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 lateral wall element of the housing. This allows, for example, heated gas to be coupled out of 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 region.
In dem Spaltbereich ist beispielsweise das mindestens eine Wärmetauschelement angeordnet.For example, at least one heat exchange element is arranged in the gap region.
Beispielsweise verläuft der mindestens eine Kühlkanal von einem radial inneren Ende zu dem radial äußeren Ende.For example, the at least one cooling channel extends 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 advantageous 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 oriented at least approximately parallel to the rotary element shaft and/or to a longitudinal center axis of the at least one rotary element. By means of the distribution channel, for example, gas can be supplied to a plurality of cooling channels 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 is located, 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. In order to extract the heat from the working fluid, a condenser device is assigned to the at least one heat exchange element.
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.
Der Kopplungseinrichtung ist ein Wellen-Wärmetauschelement zur Auskopplung von Wärme aus dem mindestens einen Latentwärmespeicherelement zugeordnet, 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.The coupling device is assigned a shaft heat exchange element for extracting heat from the at least one latent heat storage element, wherein the shaft heat exchange element is arranged on the rotary element shaft and/or is integrated into the rotary element shaft. This allows the energy storage device to be designed compactly. The shaft 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 passed through the wave 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 advantageous if the rotary element shaft is designed as a hollow shaft and if the shaft heat exchange element is arranged in a shaft interior of the rotary element shaft. This allows the at least one rotary element and/or the rotary element shaft to be designed compactly. The shaft heat exchange element can therefore be easily integrated into the rotary 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 einstellen.In particular, it can be provided that the wave heat exchange element has a riser section for working fluid and an evaporator section that follows the riser section in relation to a flow direction of the working fluid, and in particular that at least a partial area of the riser section is arranged within at least a partial 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. This makes it easy to adjust the amount of fluid transported.
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, for example, enter a condenser section. There, a phase change occurs. Thermal energy can thus be absorbed by means of the working fluid from the at least one latent heat storage element and the absorbed thermal energy can be coupled out via the condenser 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 at least one partial area of the flow section within at least one partial area of the evaporator section results in a compact structure of the wave heat exchange element with little space requirement.
Insbesondere erfolgt eine Zufuhr und eine Abfuhr von Arbeitsfluid über eine Seite der Rotationselementwelle.In particular, the working fluid is supplied and discharged via one side of the rotating 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.Alternatively, it is also possible for the working fluid to be supplied and discharged via opposite sides of the rotary element shaft. For example, the working fluid is supplied from above (relative to 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 advantageous if the rotary element shaft and/or a shaft heat exchange element arranged on the rotary element shaft is penetrated and/or guided 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 guided in particular from an interior of the housing to the outside. This allows, for example, heat to be coupled out by means of the shaft heat exchange element and/or by means of the rotary element shaft from an interior 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 (relative 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 proportion 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 rotation element is at least 50% and in particular at least 70% and in particular at least 80% and in particular at least 90%. The phase change medium thus forms a large mass proportion of a flywheel mass of the at least one rotation 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 understood to be a mass of the rotary element shaft plus a sum of a respective mass of all elements which are rotationally fixedly connected to the rotary element shaft and/or are rotatable 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 rotation of 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 advantageous if a coil device and at least one susceptor element are assigned to the coupling device, wherein the at least one susceptor element is thermally connected to the at least one latent heat storage element. By means of the coil device, energy can be transferred to the at least one susceptor element by means of electromagnetic induction. This allows energy to be coupled into the at least one susceptor element without contact. By heating the at least one susceptor element, heat can 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 stationary 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, for example, to be movable and/or rotatable 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, for example, attached to a susceptor element opposite wall element of the housing of the energy storage device.
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 flywheel 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 integrated in particular 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 formed at least partially 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.The coil device can be supplied with a current and/or a voltage 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 of 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 can be set in motion and/or rotation by means of the motor device in order to supply kinetic energy. The at least one latent heat storage element can be braked by means of the motor device in order to release kinetic energy.
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, for example, integrated into a rotating 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 space of a housing of the energy storage device, and in particular that a negative pressure region is formed in the interior space and/or that a gas atmosphere with a gas that has a lower density than air is formed in the interior space. The negative pressure region 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, it is possible to recuperate kinetic losses (e.g. due to air friction losses or friction losses due to the bearing of the kinetic storage device) in the form of heat. 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 an area within which the pressure is lower than atmospheric pressure. In the negative pressure range 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.By means of the negative pressure region, air friction losses of the kinetic storage device and in particular of a rotation element of the kinetic storage device can be reduced.
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 region within an interior space of a housing of the energy storage device. The vacuum pump is, for example, fluidically connected to the interior space of the housing.
Der in dem Innenraum des Gehäuses ausbildbare Unterdruckbereich ist beispielsweise ein Hochvakuum oder ein Ultrahochvakuum.The negative pressure range 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 not more than 10 -3 mbar and in particular not more than 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 may be provided that the energy storage device min at least one pump for generating an overpressure area within an interior of a housing of the energy storage device is assigned. The pump is, for example, fluidically connected 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.The overpressure area allows a kinetic self-discharge of the kinetic storage device. The high pressure within the overpressure area causes the stored kinetic energy to be converted into thermal energy by frictional forces. This allows the kinetic energy stored in the energy storage device to 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 region is formed in the interior of the housing of the energy storage device, and that a gas atmosphere with a gas that 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, for example, at least one heat exchange element is provided, 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 mit den Merkmalen gemäß Anspruch 16 bereitgestellt.According to the invention, a method for energy storage with the features according to
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 by means of the energy storage device according to the invention and/or the method according to the invention is carried out by means of the energy storage device according to the invention.
Zur Speicherung der kinetischen Energie wird das mindestens eine Latentwärmespeicherelement in Bewegung und/oder Rotation versetzt.To store the kinetic energy, at least one latent heat storage element is set in motion and/or rotation.
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 may be advantageous if the thermal storage device and the kinetic storage device are arranged within a negative pressure region and/or 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 region and/or 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 realized, 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 coupled out of the kinetic storage device by arranging the kinetic storage device and the thermal storage device within an overpressure region.
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 extracted from the at least one latent heat storage element by the at least one latent heat storage element releasing heat to a gas flow and in particular by the gas flow releasing the absorbed heat to a heat exchange element. The heat can then be extracted from the thermal storage device, for example, by means of the heat exchange element.
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 term “at least approximately” means that a value and/or a distance and/or a Angle deviates by no more than 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 Energiespeichervorrichtung; -
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 section A according to2 ; -
4 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 to4 ; -
6 a detailed view of section B according to5 ; -
7 a first embodiment of a rotation element for the energy storage device; -
8th a second embodiment of a rotation element; and -
9 a third embodiment of a rotation element.
Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.Identical or functionally equivalent elements are designated by the same reference numerals in all figures.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung ist in
Die thermische Speichereinrichtung 12 weist eine Mehrzahl von Latentwärmespeicherelementen 16 auf. Die Latentwärmespeicherelemente 16 umfassen beispielsweise jeweils ein Phasenwechselmedium 18 und insbesondere ein metallisches Phasenwechselmedium 18.The
Das Phasenwechselmedium 18 ist oder umfasst beispielsweise Wasser und/oder Paraffin und/oder ein metallisches Phasenwechselmaterial. Das metallische Phasenwechselmaterial ist beispielsweise eine Aluminium-Silicium-Legierung.The phase change medium 18 is or comprises, for example, water and/or paraffin and/or a metallic phase change material. The metallic phase change material is, for example, an aluminum-silicon alloy.
Die kinetische Speichereinrichtung 14 weist eine Mehrzahl von bewegbaren Schwungmassenelementen 20 zur Speicherung der kinetischen Energie auf. Die Schwungmassenelemente 20 sind bei dem in
Das Rotationselement 22 umfasst eine Rotationselementwelle 24, mit welcher die Schwungmassenelemente 20 drehfest verbunden sind.The
Das Rotationselement 22 ist in einem Innenraum 26 eines Gehäuses 28 der Energiespeichervorrichtung 10 positioniert.The
Zur Speicherung kinetischer Energie werden die Schwungmassenelemente 12 mittels der Rotationswelle 24 in Rotation versetzt. Das Rotationselement 22 und die Schwungmassenelemente 20 führen eine Drehbewegung aus und speichern dadurch kinetische Energie und insbesondere Rotationsenergie.To store kinetic energy, the
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Latentwärmespeicherelemente 16 mit der Rotationselementwelle 24 drehfest verbunden. Die Latentwärmespeicherelemente 16 bilden zumindest teilweise die Schwungmassenelemente 20 des Rotationselements 22 und/oder die Latentwärmespeicherelemente 16 sind jeweils Teil der Schwungmassenelemente 20.In the embodiment shown, the latent
Dem Latentwärmespeicherelement 16 kommt somit die Funktion eines Schwungmassenelements 20 zu und/oder das Latentwärmespeicherelement 16 dient als Schwungmassenelement 20.The latent
Das Latentwärmespeicherelement 16 umfasst das Phasenwechselmedium 18. Dieses Phasenwechselmedium 18 weist eine Masse M1 auf.The latent
Das Rotationselement 22 weist eine Masse M2 auf, wobei unter der Masse M2 insbesondere eine Gesamtmasse aller drehbaren Komponenten des Rotationselements 22 zu verstehen ist.The
Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass ein Massenanteil der Masse M1 des Phasenwechselmediums 18 an der Masse M2 des Rotationselements 22 mindestens 50 % und insbesondere mindestens 70 % und insbesondere mindestens 80 % und insbesondere mindestens 90 % beträgt.In particular, it can be provided that a mass fraction of the mass M1 of the phase change medium 18 in the mass M2 of the
Die Energiespeichervorrichtung 10 umfasst eine Kopplungseinrichtung 30, mittels welcher sich thermische und/oder kinetische Energie in die Energiespeichervorrichtung 10 einkoppeln lässt und/oder aus der Energiespeichervorrichtung 10 auskoppeln lässt. Die Kopplungseinrichtung 30 wird weiter unten im Detail beschrieben.The
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß
Das Gehäuse 28 und/oder das Rotationselement 22 sind beispielsweise zumindest näherungsweise rotationssymmetrisch bezüglich einer Längsmittelachse 32 ausgebildet. Die Längsmittelachse 32 liegt beispielsweise in der Rotationselementwelle 24.The
Die Längsmittelachse 32 entspricht beispielsweise einer Drehachse einer Drehbewegung der Latentwärmespeicherelemente 16 und/oder der Schwungmassenelemente 20 und/oder der Rotationselementwelle 24.The
In einem Betriebszustand der Energiespeichervorrichtung 10 sind bei deren ordnungsgemäßer Positionierung die Rotationselementwelle 24 und/oder die Längsmittelachse 32 zumindest näherungsweise parallel zur Gravitationsrichtung g orientiert.In an operating state of the
Das Gehäuse 28 weist ein erstes Wandungselement 34 und ein zu dem ersten Wandungselement 34 parallel zur Längsmittelachse 32 beabstandetes zweites Wandungselement 36 auf. Beispielsweise ist das erste Wandungselement 34 (bezüglich der Gravitationsrichtung g) ein Bodenelement des Gehäuses 28 und/oder das zweite Wandungselement 36 ist ein Deckelelement des Gehäuses 28.The
Das Gehäuse 28 umfasst weiter ein seitliches Wandungselement 38, welches zwischen dem ersten Wandungselement 34 und dem zweiten Wandungselement 36 angeordnet ist.The
Das Gehäuse 28 ist beispielsweise zumindest näherungsweise zylinderförmig ausgebildet.The
Das erste Wandungselement 34, das zweite Wandungselement 36 und das seitliche Wandungselement 38 begrenzen und/oder umgeben den Innenraum 26 des Gehäuses 28.The
Beispielsweise begrenzen das erste Wandungselement 34 und das zweite Wandungselement 36 den Innenraum 26 in einer zur Längsmittelachse 32 parallelen Richtung.For example, the
Das seitliche Wandungselement 38 begrenzt den Innenraum 26 beispielsweise in zwei von drei Raumrichtungen, welche in einer quer und insbesondere senkrecht zu der Längsmittelachse 32 orientierten Ebene liegen. Beispielsweise begrenzt das seitliche Wandungselement 38 den Innenraum 26 in einer radialen Richtung 40, welche in einer quer und insbesondere senkrecht zu der Längsmittelachse 32 orientierten Ebene liegt.The
An dem ersten Wandungselement 34 ist ein erstes Öffnungselement 42 ausgebildet und an dem zweiten Wandungselement 36 ist ein zweites Öffnungselement 44 ausgebildet.A
Das erste Öffnungselement 42 und das zweite Öffnungselement 44 sind beispielsweise zumindest näherungsweise parallel und/oder rotationssymmetrisch bezüglich der Längsmittelachse 32 ausgebildet.The
Die Rotationselementwelle 24 verläuft aus dem Innenraum 26 durch das erste Öffnungselement 42 nach außen.The
Beispielsweise ist die Rotationselementwelle 24 durch das erste Wandungselement 34 durchgeführt und/oder durchgetaucht.For example, the
Die Rotationselementwelle 24 verläuft zumindest teilweise durch das an dem zweiten Wandungselement 36 ausgebildete zweite Öffnungselement 44.The
Die Rotationselementwelle 24 ist mittels mehrerer Magnetlager 46 relativ zu dem Gehäuse 28 bewegbar und/oder drehbar gelagert. Beispielsweise ist ein erstes Magnetlager 46a an dem ersten Öffnungselement 42 angeordnet und/oder es ist beispielsweise ein zweites Magnetlager 46b an dem zweiten Öffnungselement 44 angeordnet.The
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß
Zur Herstellung des Unterdruckbereichs innerhalb des Innenraums 26 ist eine elektrische Vakuumpumpe 48 vorgesehen.An
Alternativ oder zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass dem Innenraum eine Pumpe zugeordnet ist, mittels welcher sich in dem Innenraum 26 ein Überdruckbereich ausbilden lässt. In dem Überdruckbereich ist der Druck gegenüber dem atmosphärischen Druck erhöht.Alternatively or additionally, it can be provided that a pump is assigned to the interior, by means of which an overpressure area can be formed in the interior 26. In the overpressure area, the pressure is higher than the atmospheric pressure.
Das Gehäuse 28 ist insbesondere fluiddicht und/oder gasdicht abgedichtet. Zur fluiddichten und/oder gasdichten Abdichtung des Gehäuses 28 ist beispielsweise eine Magnetfluiddichtung 50 vorgesehen, welche bei dem in
Mittels der Magnetfluiddichtung ist die Rotationselementwelle 24 gasdicht und/oder fluiddicht durch das erste Öffnungselement 42 geführt.By means of the magnetic fluid seal, the
Zur Einkopplung von kinetischer Energie in Form von Rotationsenergie ist eine elektrische Motoreinrichtung 52 vorgesehen, welche der Kopplungseinrichtung 30 zugeordnet ist. Die elektrische Motoreinrichtung 52 weist eine Motorwelle 54 auf, welche insbesondere drehfest an die Rotationselementwelle 24 gekoppelt ist.To couple kinetic energy in the form of rotational energy, an
Die elektrische Motoreinrichtung umfasst einen Antriebsmodus und einen Generatormodus. In dem Antriebsmodus wird mittels der elektrischen Motoreinrichtung 52 das Rotationselement 22 beschleunigt, wodurch elektrische Energie in kinetische Energie umgewandelt wird. Auf diese Weise wird Energie in die Energiespeichervorrichtung 10 eingekoppelt. In dem Generatormodus wird das Rotationselement 22 mittels der elektrischen Motoreinrichtung 52 verzögert und/oder abgebremst, sodass die kinetische Energie des Rotationselements 22 mittels der elektrischen Motoreinrichtung 52 in elektrische Energie umgewandelt wird. Es wird dadurch Energie aus der Energiespeichervorrichtung 10 ausgekoppelt.The electric motor device comprises a drive mode and a generator mode. In the drive mode, the
Die elektrische Motoreinrichtung ist beispielsweise an dem zweiten Wandungselement 36 des Gehäuses 28 angeordnet. Beispielsweise ist die elektrische Motoreinrichtung 52 an einer dem Innenraum 26 abgewandten Seite 56 des zweiten Wandungselements 36 angeordnet.The electric motor device is arranged, for example, on the
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß
Insbesondere umfasst die magnetische Kupplung 58 eine Magnetfluiddichtung 50, sodass mittels der magnetischen Kupplung 58 der Innenraum 26 gasdicht und/oder fluiddicht abgedichtet ist.In particular, the
Die magnetische Kupplung 58 ist beispielsweise eine magnetische Reluktanzkupplung.The magnetic clutch 58 is, for example, a magnetic reluctance clutch.
Der Kopplungseinrichtung 30 ist beispielsweise eine Energieversorgungseinrichtung 60 zugeordnet, welche mit der elektrischen Motoreinrichtung 52 elektrisch wirksam verbunden ist. Mittels der Energieversorgungseinrichtung 60 lässt sich elektrische Energie in die elektrische Motoreinrichtung 52 einkoppeln oder es lässt sich von der elektrischen Motoreinrichtung bereitgestellte elektrische Energie auskoppeln.For example, the
Bei dem in
Die elektrische Spuleneinrichtung 62 ist elektrisch wirksam mit der Energieversorgungseinrichtung 60 verbunden. Mittels der Energieversorgungseinrichtung 60 lässt sich die elektrische Spuleneinrichtung mit einem elektrischen Strom und/oder einer elektrischen Spannung beaufschlagen. Es lassen sich dadurch mittels der elektrischen Spuleneinrichtung 62 elektromagnetische Wellen erzeugen.The
Der Kopplungseinrichtung 30 sind weiter ein oder mehrere Suszeptorelemente 64 zugeordnet, welche mit den Latentwärmespeicherelementen 16 thermisch wirksam verbunden sind.The
Die Suszeptorelemente 64 sind beispielsweise an dem Rotationselement 22 und/oder an den Latentwärmespeicherelementen 16 angeordnet. Insbesondere sind die Suszeptorelemente 64 drehfest mit dem Rotationselement 22 verbunden.The
Das Suszeptorelement 64 ist oder umfasst ein elektrisch leitfähiges Material und insbesondere ein Material von mindestens metallischer elektrischer Leitfähigkeit.The
Zur Einkopplung von Wärme in die Latentwärmespeicherelemente 16 wird das Suszeptorelement 64 mit elektromagnetischen Wellen beaufschlagt, welche mittels der Spuleneinrichtung 62 erzeugt werden. Das Suszeptorelement 64 absorbiert die elektromagnetischen Wellen, wodurch das Suszeptorelement 64 erwärmt wird. Es lässt sich dadurch mittels der Spuleneinrichtung 62 und den Suszeptorelementen 64 thermische Energie in die Latentwärmespeicherelemente 16 berührungslos einkoppeln.In order to couple heat into the latent
Zur Auskopplung von Wärme aus den Latentwärmespeicherelementen 16 ist der Kopplungseinrichtung ein Wellen-Wärmetauschelement 66 zugeordnet. Das Wellen-Wärmetauschelement 66 ist an der Rotationselementwelle 24 angeordnet und/oder in die Rotationselementwelle 24 integriert.To extract heat from the latent
Durch das Wellen-Wärmetauschelement 66 ist ein Arbeitsfluid strömbar. Das Arbeitsfluid ist insbesondere ein Phasenwechselmedium, welches seine Phase (z.B. flüssig-dampfförmig) wechseln kann. Beispiele für solche Arbeitsfluide sind Wasser, Methanol und Ethanol.A working fluid can flow through the wave
Zur Integration des Wellen-Wärmetauschelements 66 in die Rotationselementwelle 24 ist die Rotationselementwelle 24 beispielsweise als Hohlwelle ausgeführt. Die Rotationselementwelle 24 weist beispielsweise einen Wellen-Innenraum 68 auf, in welchem das Wellen-Wärmetauschelement 66 zumindest teilweise angeordnet ist.To integrate the shaft
Das Wellen-Wärmetauschelement 66 weist bei dem in
Beispielsweise sind der Steigleitungsabschnitt 70 und der Verdampferabschnitt 72 zumindest näherungsweise parallel zueinander angeordnet. Beispielsweise verlaufen der Steigleitungsabschnitt 70 und/oder der Verdampferabschnitt 72 zumindest näherungsweise parallel zu der Längsmittelachse 32.For example, the
Der Steigleitungsabschnitt 70 und der Verdampferabschnitt 72 sind fluidisch voneinander getrennt. Beispielsweise ist in einem oberen Endbereich 74 des Steigleitungsabschnitts 70 und des Verdampferabschnitts 72 ein Übergang 76 angeordnet, an welchem das Arbeitsfluid aus dem Steigleitungsabschnitt 70 in den Verdampferabschnitt 72 einfließen kann.The
Insbesondere verläuft mindestens ein Teilbereich des Steigleitungsabschnitts 70 innerhalb mindestens eines Teilbereichs des Verdampferabschnitts 72. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß
Das Wellen-Wärmetauschelement 66 und insbesondere der Verdampferabschnitt 72 des Wellen-Wärmetauschelements 66 stehen in thermischem Kontakt mit den Latentwärmespeicherelementen 16. Der thermische Kontakt ist beispielsweise über die Rotationselementwelle 24 hergestellt. Es kann vorgesehen sein, dass zur Verbesserung des thermischen Kontakts zwischen dem Wellen-Wärmetauschelement 66 und den Latentwärmespeicherelementen 16 eine Wärmeleitstruktur (gezeigt) vorgesehen ist, welche beispielsweise an der Rotationselementwelle 24 und/oder zwischen dem Wellen-Wärmetauschelement 66 und den Latentwärmespeicherelementen 16 angeordnet ist.The shaft
Die Rotationselementwelle 24 weist ein erstes Ende 78 und ein zu dem ersten Ende 78 in einer zur Längsmittelachse 32 parallelen Richtung beabstandetes zweites Ende 80 auf. Das erste Ende 78 ist insbesondere bezogen auf die Gravitationsrichtung g ein unteres Ende der Rotationselementwelle 24 und das zweite Ende 80 ist insbesondere bezüglich der Gravitationsrichtung g ein oberes Ende der Rotationselementwelle 24.The
Das erste Ende 78 ist beispielsweise in einem Bereich des ersten Wandungselements 34 und/oder des ersten Öffnungselements 42 angeordnet. Das zweite Ende 80 ist beispielsweise in einem Bereich des zweiten Wandungselements 36 und/oder des zweiten Öffnungselements 44 angeordnet. Beispielsweise ist das zweite Ende 80 an der magnetischen Kupplung 58 angeordnet.The
Der Übergang 76 ist in einem Bereich des zweiten Endes 80 angeordnet und/oder ist dem zweiten Ende 80 zugewandt.The
Bei dem in
Die Seiten 56 und/oder 82 sind jeweils Außenseiten des Gehäuses 28. Die Seite 82 ist beispielsweise zudem eine Seite der Rotationselementwelle 24, welche an dem ersten Ende 78 angeordnet ist.The
Zur Zufuhr von insbesondere kondensiertem Arbeitsfluid zu dem Steigleitungsabschnitt 70 des Wellen-Wärmetauschelements 66 ist eine Kondensatpumpe 84 vorgesehen, mittels welcher das Arbeitsfluid beispielsweise an dem zweiten Ende 78 in den Steigleitungsabschnitt 70 einkoppelbar ist.For supplying in particular condensed working fluid to the
Zur Auskopplung von insbesondere gasförmigem Arbeitsfluid aus dem Verdampferabschnitt 72 des Wellen-Wärmetauschelements 76 ist eine Dampfentnahmeeinrichtung 86 vorgesehen, welche beispielsweise an der Seite 82 und/oder an dem ersten Ende 78 angeordnet ist. Mittels der Dampfentnahmeeinrichtung 86 ist insbesondere gasförmiges Arbeitsfluid beispielsweise an dem ersten Ende 78 aus dem Verdampferabschnitt 72 auskoppelbar.To decouple in particular gaseous working fluid from the
Zur Auskopplung von thermischer Energie aus dem beispielsweise gasförmigen Arbeitsfluid ist eine Kondensatoreinrichtung 88 vorgesehen, welche einen Kondensatorvorlauf 90 und einen Kondensatorrücklauf 92 aufweist.In order to extract thermal energy from the, for example, gaseous working fluid, a
Dem Wellen-Wärmetauschelement 66 ist ein Kondensatorabschnitt 94 zugeordnet, welcher durch die Kondensatoreinrichtung 88 verläuft. Dieser Kondensatorabschnitt 94 ist mit der Dampfentnahmeeinrichtung 86 und mit der Kondensatpumpe 84 fluidwirksam verbunden.The shaft
Es wird somit ein geschlossener Kreislauf für das Arbeitsfluid gebildet, welches durch das Wellen-Wärmetauschelement geführt wird.This creates a closed circuit for the working fluid, which is passed through the shaft heat exchange element.
Die Kondensatpumpe 84 ist bezogen auf die Strömungsrichtung des Arbeitsfluids dem Steigleitungsabschnitt 70 vorgeschaltet und insbesondere zwischen dem Kondensatorabschnitt 94 und dem Steigleitungsabschnitt 70 angeordnet. Der Verdampferabschnitt 72 folgt auf den Steigleitungsabschnitt 70 und ist zwischen dem Steigleitungsabschnitt 70 und dem Kondensatorabschnitt 94 angeordnet.The
Zur Auskopplung von thermischer Energie aus den Latentwärmespeicherelementen 16 wird beispielsweise kondensiertes Arbeitsfluid zunächst über die Kondensatpumpe 84 in den Steigleitungsabschnitt 70 eingekoppelt. Das kondensierte Arbeitsfluid verläuft anschließend in den Verdampferabschnitt 72, wo es thermische Energie von den Latentwärmespeicherelementen 16 aufnimmt und insbesondere in den gasförmigen Zustand übergeht. Gasförmiges Arbeitsfluid wird über die Dampfentnahmeeinrichtung 86 entnommen und über den Kondensatorabschnitt 94 durch die Kondensatoreinrichtung 88 geführt. In der Kondensatoreinrichtung 88 wird dem gasförmigen Arbeitsfluid thermische Energie entzogen und beispielsweise an den Kondensatorrücklauf 92 abgegeben.To extract thermal energy from the latent
Bei einer Variante des in
Die Generatoreinrichtung 96 umfasst beispielsweise einen Dampfexpander 98, welcher dem insbesondere gasförmigen Arbeitsfluid Energie entzieht und in mechanische Energie umwandelt. Diese mechanische Energie kann beispielsweise mit einem Generatorelement 100 der Generatoreinrichtung 96 in elektrische Energie umgewandelt werden.The
Die mittels des Generatorelements 100 erzeugte elektrische Energie kann beispielsweise als Hilfsenergie für die Vakuumpumpe 48 und/oder die Kondensatpumpe 84 und/oder die Magnetlager 46 verwendet werden. Die elektrische Energie kann beispielsweise auch für externe Anwendungen, wie zum Beispiel für den Antrieb eines Fahrzeugs, verwendet werden.The electrical energy generated by the
Die Energieversorgungseinrichtung 60 weist beispielsweise mehrere Anschlüsse 101 auf, mittels welchen elektrische Energie in die Energiespeichervorrichtung 10 ein- und ausgekoppelt werden kann. Über die Energieversorgungseinrichtung 60 eingekoppelte elektrische Energie wird beispielsweise mittels der Kopplungseinrichtung 30 in thermische und kinetische Energie umgewandelt und in der Energiespeichervorrichtung 10 gespeichert. Diese gespeicherte Energie kann mittels der Kopplungseinrichtung 30 beispielsweise wieder in elektrische Energie umgewandelt werden und über die Energieversorgungseinrichtung 60 entnommen werden.The
Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Energiespeichervorrichtung, welches in
Bei dem in
Bei dem in
Die Rotationselementwelle 24 und die mit der Rotationselementwelle 24 einstückig verbundene Motorwelle 54 bilden eine Rotationselementwelle 106, welche eine gemeinsame Welle der elektrischen Motoreinrichtung 52 und des Rotationselements 22 ist. Die Rotationselementwelle 106 ist mittels der elektrischen Motoreinrichtung 52 antreibbar. Dadurch lässt sich das Rotationselement 22 mit den Latentwärmespeicherelementen 16 und/oder den Schwungmassenelementen 20 in Drehung versetzen.The
Die Rotationselementwelle 106 erstreckt sich zwischen einem ersten Ende 108 und einem zweiten Ende 110. Das erste Ende 108 ist in einem Bereich der Seite 82 des Gehäuses 28 und/oder der Dampfentnahmeeinrichtung 86 angeordnet. Das zweite Ende 110 ist in einem Bereich einer Seite 112 eines Motorgehäuses 114 der elektrischen Motoreinrichtung 52 angeordnet, wobei die Seite 112 zu der Seite 56 des Gehäuses 28 parallel zur Längsmittelachse 32 beabstandet ist. Das Motorgehäuse 114 erstreckt sich beispielsweise zwischen der Seite 56 des Gehäuses 28 und dem zweiten Ende 110 der Rotationselementwelle 106.The
Die Rotationselementwelle 106 verläuft durch das Motorgehäuse 114 und durch das Gehäuse 28 der Energiespeichervorrichtung 102.The
An dem zweiten Ende 110 der Rotationselementwelle 106 ist eine Einkopplungseinrichtung 116 für Arbeitsfluid angeordnet.At the
Die Rotationselementwelle 106 ist als Hohlwelle ausgebildet. In einem Innenraum 118 der Rotationselementwelle 106 ist ein Wellen-Wärmetauschelement 120 angeordnet. Durch das Wellen-Wärmetauschelement 120 ist das Arbeitsfluid durchströmbar.The
Mittels der Kondensatpumpe 84 wird beispielsweise kondensiertes Arbeitsfluid mittels der Einkopplungseinrichtung 116 in das Wellen-Wärmetauschelement 120 eingekoppelt. Das Arbeitsfluid strömt durch das Motorgehäuse 114 und durch den Innenraum 26 des Gehäuses 28.By means of the
Beispielsweise strömt das Arbeitsfluid bezogen auf die Gravitationsrichtung g von oben nach unten.For example, the working fluid flows from top to bottom relative to the direction of gravity g.
Das Wellen-Wärmetauschelement 120 steht in thermischer Verbindung mit den Latentwärmespeicherelementen 16. Beispielsweise nimmt das durch den Innenraum 26 geführte Arbeitsfluid Wärme von den Latentwärmespeicherelementen 16 auf und geht in den gasförmigen Zustand über.The wave
Gasförmiges Arbeitsfluid wird anschließend mittels der Dampfentnahmeeinrichtung 86 aus der Rotationselementwelle 106 und/oder aus dem Wellen-Wärmetauschelement 120 ausgekoppelt und in den Kondensatorabschnitt 94 überführt.Gaseous working fluid is then extracted from the
In dem Kondensatorabschnitt 94 verläuft das gasförmige Arbeitsfluid durch den Kondensator 88 und wird anschließend wieder als insbesondere kondensiertes Arbeitsfluid der Kondensatpumpe 84 zugeführt.In the
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß
Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Energiespeichervorrichtung, welche in den
Die Energiespeichervorrichtung 122 umfasst die elektrische Motoreinrichtung 52, welche die Motorwelle 54 aufweist. Die Motorwelle 54 ist über die magnetische Kupplung 58 an eine Rotationselementwelle 124 des Rotationselements 22 gekoppelt.The
Die magnetische Kupplung 58 ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß
Das Rotationselement 22 ist mittels der Rotationselementwelle 124 an dem Gehäuse 28 drehbar gelagert. Beispielsweise ist die Rotationselementwelle 124 mittels der Magnetlagers 46 relativ zu dem Gehäuse 28 drehbar gelagert.The
Beispielsweise ist jeweils ein Magnetlager 46 an dem ersten Wandungselement 34 und an dem zweiten Wandungselement 36 angeordnet. Das erste Magnetlager 46a ist beispielsweise an dem ersten Wandungselement 34 angeordnet. For example, a
Das zweite Magnetlager 46b ist beispielsweise an dem zweiten Wandungselement 36 und/oder an dem zweiten Öffnungselement 44 angeordnet.The second
Das erste Wandungselement 34 des Gehäuses 28 weist beispielsweise eine Einbuchtung 126 auf, in welcher die Rotationselementwelle 124 beispielsweise mittels des ersten Magnetlagers 46a drehbar gelagert ist. Das erste Magnetlager 46a ist beispielsweise an und/oder in der Einbuchtung 126 angeordnet.The
Insbesondere weist das erste Wandungselement 34 kein erstes Öffnungselement 42 auf.In particular, the
Die Einbuchtung 126 ist an einer dem Innenraum 26 des Gehäuses 28 zugewandten Innenseite 128 des ersten Wandungselements 34 ausgebildet.The
In der Einbuchtung 126 ist ein erstes Ende 130 der Rotationselementwelle 124 angeordnet. Das erste Ende 130 ist insbesondere in dem Innenraum 26 des Gehäuses 28 positioniert.A
Ein zweites Ende 132 der Rotationselementwelle 124 ist an der magnetischen Kupplung 58 und/oder in einem Bereich des zweiten Wandungselements 36 des Gehäuses 28 angeordnet.A
Insbesondere ist das zweite Ende 132 außerhalb des Innenraums 26 positioniert.In particular, the
Die Rotationselementwelle 124 ist durch das zweite Öffnungselement 44 an dem zweiten Wandungselement 36 aus dem Innenraum 26 nach außen geführt.The
Die Latentwärmespeicherelemente 16 und/oder die Schwungmassenelemente 20 sind drehfest mit der Rotationselementwelle 124 verbunden.The latent
Insbesondere ist zwischen der Rotationselementwelle 124 und den Latentwärmespeicherelementen 16 und/oder den Schwungmassenelementen 20 eine Struktur 134 zur thermischen Entkopplung der Latentwärmespeicherelemente 16 und/oder der Schwungmassenelemente 20 von der Rotationselementwelle 124 angeordnet.In particular, a
Die Schwungmassenelemente 20 und/oder die Latentwärmespeicherelemente 16 sind beispielsweise mittels der Struktur 134 drehfest mit der Rotationselementwelle 124 verbunden.The
Zur Aufnahme der Latentwärmespeicherelemente 16 und/oder der Schwungmassenelemente 20 ist ein Haltebereich 136 vorgesehen, welcher, beispielsweise mittels der Struktur 134, drehfest mit der Rotationselementwelle 124 verbunden ist (
Bei dem in den
Die Kühlkanäle 142 sind jeweils zwischen einander benachbarten Latentwärmespeicherelementen 16 angeordnet (
Die Kühlkanäle 142 sind insbesondere zumindest näherungsweise parallel zu der radialen Richtung 40 orientiert. Beispielsweise verlaufen die Kühlkanäle 142 quer und insbesondere senkrecht zu der Längsmittelachse 32 und/oder die Kühlkanäle 142 liegen jeweils zumindest näherungsweise in einer Ebene, welche quer und insbesondere senkrecht zu der Längsmittelachse 32 orientiert ist.The cooling
Beispielsweise sind an dem Wandungselement 140 eine Mehrzahl von Kühlkanälen angeordnet, welche jeweils in einer zu der Längsmittelachse 32 parallelen Richtung zueinander beabstandet sind.For example, a plurality of cooling channels are arranged on the
Der Kühlkanal 142 weist ein radial inneres Ende 146 und ein radial äußeres Ende 148 auf.The cooling
An dem radial inneren Ende 146 mündet der Kühlkanal 142 in einen Verteilerkanal 150, welcher insbesondere zumindest näherungsweise parallel zu der Längsmittelachse 32 orientiert ist. Mittels des Verteilerkanals 150 ist den Kühlkanälen 142 Kühlfluid zuführbar.At the radially
Der Verteilerkanal 150 und/oder das radial innere Ende 146 des Kühlkanals 142 liegen beispielsweise bezüglich der radialen Richtung 40 zumindest näherungsweise auf einer Höhe mit einem radial inneren Ende 152 des Latentwärmespeicherelements 16.The
Der Verteilerkanal 150 erstreckt sich beispielsweise von einem ersten Ende 154 zu einem zweiten Ende 156. Das erste Ende 154 ist dem ersten Wandungselement 34 zugewandt und das zweite Ende 156 ist dem zweiten Wandungselement 36 zugewandt.The
Bei dem in den
Die elektrische Heizeinrichtung 158 ist insbesondere drehfest mit der Rotationselementwelle 124 verbunden. Beispielsweise ist die elektrische Heizeinrichtung 158 an dem Rotationselement 22 und/oder an den Latentwärmespeicherelementen 16 und/oder an dem Haltebereich 136 angeordnet. Die elektrische Heizeinrichtung 158 ist insbesondere einstückig mit dem Rotationselement 22 verbunden.The
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die elektrische Heizeinrichtung 158 an einem radial äußeren Ende 160 der Latentwärmespeicherelemente 16 und/oder der Halteelemente 138 angeordnet.In the embodiment shown, the
Die Latentwärmespeicherelemente 16 und/oder die Halteelemente 138 sind beispielsweise zwischen der Struktur 134 und der elektrischen Heizeinrichtung 158 angeordnet.The latent
Die elektrische Heizeinrichtung 158 steht in thermisch wirksamer Verbindung mit den Latentwärmespeicherelementen 16.The
Insbesondere ist die elektrische Heizeinrichtung 158 einstückig mit dem Rotationselement 22 verbunden. Beispielsweise bildet die elektrische Heizeinrichtung ein radial äußerstes Element des Rotationselements 22.In particular, the
Das radial äußere Ende 148 des Kühlkanals 142 liegt beispielsweise, bezogen auf die radiale Richtung 40, zumindest näherungsweise auf einer Höhe mit einer radial äußeren Seite 162 des Rotationselements 22 und/oder der elektrischen Heizeinrichtung 158. Die radial äußere Seite 162 ist insbesondere dem seitlichen Wandungselement 38 des Gehäuses 28 zugewandt.The radially
Die elektrische Heizeinrichtung 158 weist eine Mehrzahl von Heizelementen 164 auf, welche beispielsweise zylinderförmig ausgebildet sind. Die Heizelemente 164 sind beispielsweise jeweils in Halteelementen 166 der elektrischen Heizeinrichtung 158 angeordnet, welche eine zu den Heizelementen 164 korrespondierende Form aufweisen.The
Das Halteelement 166 ist beispielsweise als zylinderförmige Ausnehmung ausgebildet, in welcher das Heizelement 164 angeordnet ist. Beispielsweise ist das Heizelement 164 als zylinderförmige Heizpatrone ausgebildet.The holding
Die Heizelemente 164 erstrecken sich beispielsweise zumindest näherungsweise parallel zu der Längsmittelachse 32.The
Voneinander verschiedene Heizelemente 164 und/oder Halteelemente 166 sind beispielsweise in einer Umfangsrichtung 168 des Rotationselements 22 zueinander beabstandet. Die Umfangsrichtung 168 ist quer und insbesondere senkrecht zu der radialen Richtung 40 orientiert.
Die Heizelemente 164 der elektrischen Heizeinrichtung 158 werden beispielsweise mittels der Rotationselementwelle 124 mit elektrischer Energie versorgt. Hierzu sind die Heizelemente 164 beispielsweise mittels eines Schleifkontakts (nicht gezeigt) mit der Rotationselementwelle 124 elektrisch wirksam verbunden. Die Rotationselementwelle 124 ist dann beispielsweise mit der Energieversorgungseinrichtung 60 elektrisch wirksam verbunden.The
Zwischen dem Rotationselement 22 und dem seitlichen Wandungselement 38 ist ein Spaltbereich 170 ausgebildet. Der Spaltbereich 170 ist beispielsweise zwischen der radial äußeren Seite 162 und einer Innenseite 172 des seitlichen Wandungselements 38 angeordnet. Beispielsweise ist der Spaltbereich ein Ringspalt und/oder zylinderförmig ausgebildet.A
Die Innenseite 172 ist dem Innenraum 26 und/oder der radial äußeren Seite 162 zugewandt.The
Die radial äußeren Enden 148 der Kühlkanäle 142 münden in den Spaltbereich 170.The radially outer ends 148 of the cooling
Das Wärmetauschelement 144 ist insbesondere den radial äußeren Enden 148 der Kühlkanäle 142 gegenüberliegend angeordnet. Beispielsweise ist das Wärmetauschelement 144 zwischen der Innenseite 172 und der radial äußeren Seite 162 positioniert.The
Das Wärmetauschelement 144 weist grundsätzlich die gleiche Funktionsweise wie das Wellen-Wärmetauschelement 66 oder das Wellen-Wärmetauschelement 120 auf.The
Das Wärmetauschelement 144 ist von einem Arbeitsfluid durchströmbar, welches thermische Energie aufnehmen kann. Das Wärmetauschelement 144 ist beispielsweise fluidwirksam mit der Kondensatoreinrichtung 88 verbunden, mittels welchem dem Arbeitsfluid thermische Energie entzogen werden kann.A working fluid that can absorb thermal energy can flow through the
Es kann vorgesehen sein, dass zur Steuerung und/oder Regelung einer Zufuhr von Arbeitsfluid zu dem Wärmetauschelement 144 eine Ventileinrichtung 174 vorgesehen ist.It can be provided that a
Bei dem in den
In dem Innenraum 26 ist insbesondere eine Gasatmosphäre ausgebildet. Beispielsweise ist in dem Innenraum eine Wasserstoffatmosphäre und/oder eine Heliumatmosphäre ausgebildet.In particular, a gas atmosphere is formed in the interior 26. For example, in A hydrogen atmosphere and/or a helium atmosphere is formed in the interior.
Beispielsweise dient Wasserstoffgas und/oder Heliumgas als Kühlgas für die Latentwärmespeicherelemente 16. Es lässt sich dadurch mittels des Kühlgases über das Wärmetauschelement 144 Wärme aus den Latentwärmespeicherelementen 16 auskoppeln.For example, hydrogen gas and/or helium gas serves as cooling gas for the latent
Ein Ausführungsbeispiel eines Rotationselements zur Verwendung als Rotationselement in einer der vorstehend beschriebenen Energiespeichervorrichtungen ist in
Die Rotationselementwelle 178 ist mittels der magnetischen Kupplung 58 an die Motorwelle 54 der elektrischen Motoreinrichtung 52 gekoppelt.The
An der Rotationselementwelle 178 ist das Wellen-Wärmetauschelement 66 angeordnet.The shaft
Über eine Seite 180 der Rotationselementwelle 178 ist Arbeitsfluid in das Wellen-Wärmetauschelement 66 ein- und auskoppelbar.Working fluid can be coupled into and out of the shaft
Die Latentwärmespeicherelemente 16 und/oder die Schwungmassenelemente 20 sind mit der Rotationselementwelle 178 drehfest verbunden.The latent
Zwischen den Latentwärmespeicherelementen 16 und/oder den Schwungmassenelementen 20 und der Rotationselementwelle 178 ist eine Isolationsstruktur 182 zur thermischen Entkopplung der Latentwärmespeicherelemente 16 von der Rotationselementwelle 178 angeordnet.An
Weiter ist ein Wärmetauschelement 184 vorgesehen, welches beispielsweise an den Latentwärmespeicherelementen 16 und/oder den Schwungmassenelementen 20 angeordnet ist. Beispielsweise ist das Wärmetauschelement 184 weiter radial außen angeordnet als die Latentwärmespeicherelemente 16 und/oder die Schwungmassenelemente 20 und/oder das Wärmetauschelement 184 bildet ein radial äußerstes Element des Rotationselements 176. Beispielsweise sind die Latentwärmespeicherelemente 16 und/oder die Schwungmassenelemente 20 zwischen der Isolationsstruktur 182 und dem Wärmetauschelement 184 angeordnet.Furthermore, a
Das Wärmetauschelement 184 ist insbesondere über eine Wärmeleitstruktur 186 thermisch wirksam mit dem Wellen-Wärmetauschelement 66 verbunden. Es lässt sich dadurch beispielsweise mittels der Wärmeleitstruktur 186 und dem Wärmetauschelement 184 über das Wellen-Wärmetauschelement 66 Wärme aus den Latentwärmespeicherelementen 16 auskoppeln.The
Es kann vorgesehen sein, dass an dem Wärmetauschelement 184 eine Stützstruktur 188 zur mechanischen Stützung und/oder Stabilisierung des Rotationselements 176 angeordnet ist. Beispielsweise bildet die Stützstruktur ein radial äußerstes Element des Rotationselements 176.It can be provided that a
Es kann vorgesehen sein, dass die Stützstruktur 188 in das Wärmetauschelement 184 integriert ist und/oder einstückig mit dem Wärmetauschelement 184 verbunden ist. Beispielsweise bildet das Wärmetauschelement 184 die Stützstruktur 188 zumindest teilweise.It can be provided that the
Die Rotationselementwelle 178 ist insbesondere zumindest näherungsweise zylinderförmig ausgebildet.The
Insbesondere sind die Isolationsstruktur 182 und/oder das Wärmetauschelement 184 und/oder die Stützstruktur 188 jeweils ringförmig und/oder zylinderförmig ausgebildet.In particular, the
Die Latentwärmespeicherelemente 16 und/oder die Schwungmassenelemente 20 sind insbesondere ringförmig und/oder zylinderförmig angeordnet.The latent
Das in
Die Rotationselementwelle 192 ist mittels der Kugellager 104 drehbar gelagert und verläuft durch das Motorgehäuse 114 der elektrischen Motoreinrichtung 52 (vgl. die vorstehend beschriebene Ausführungsform der Energiespeichervorrichtung 102).The
An der Rotationselementwelle 192 ist das Wellen-Wärmetauschelement 120 angeordnet. Das Wellen-Wärmetauschelement 120 ist über die Wärmeleitstruktur 186 thermisch wirksam mit dem Wärmetauschelement 184 verbunden.The shaft
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß
Die erste Seite 194 ist beispielsweise an einem ersten Ende 198 der Rotationselementwelle 192 angeordnet und die zweite Seite 196 ist beispielsweise an einem dem ersten Ende 198 gegenüberliegenden zweiten Ende 200 der Rotationselementwelle 192 angeordnet.The
Bei dem in
Die elektrische Motoreinrichtung 52 weist ein Statorelement 204 auf, welches beispielsweise in einem Mittel- und/oder Zentralbereich 206 des Rotationselements 202 angeordnet ist.The
Ein Rotorelement 208 der elektrischen Motoreinrichtung 52 ist in radialer Richtung 40 beabstandet zu dem Statorelement 204 angeordnet. Das Rotorelement 208 ist relativ zu dem Statorelement 204 drehbar angeordnet.A
Das Rotorelement 208 ist insbesondere ringförmig und/oder zylinderförmig ausgebildet. Insbesondere umgibt und/oder umschließt das Rotorelement 208 das Statorelement 204 in einer Ebene, welche quer und insbesondere senkrecht zu der Längsmittelachse 32 orientiert ist. Die Längsmittelachse 32 ist beispielsweise eine Drehachse des Rotorelements 208.The
Die Isolationsstruktur 182 und/oder die Latentwärmespeicherelemente 16 und/oder die Schwungmassenelemente 20 und/oder das Wärmetauschelement 184 und/oder die Stützstruktur 188 sind drehfest mit dem Rotorelement 208 verbunden.The
Das Wärmetauschelement 184 ist mittels der Wärmeleitstruktur 186 thermisch wirksam mit einem Drehdurchführungselement 210 verbunden. Über das Drehdurchführungselement 210 lässt sich Wärme zu/von dem Wärmetauschelement 184 ein- und auskoppeln.The
Das Drehdurchführungselement 210 ist insbesondere drehfest bezüglich des Statorelements 204 angeordnet.The
Das Drehdurchführungselement 210 ermöglicht Fluiden einen abgedichteten Übergang zwischen einem zu dem Statorelement 204 drehfest angeordneten Körper und dem rotierenden Wärmetauschelement 210.The
Die erfindungsgemäße Energiespeichervorrichtung funktioniert wie folgt:
- Zur Speicherung von Energie in
der Energiespeichervorrichtung 10 wird beispielsweise elektrische Energie indie Energieversorgungseinrichtung 60 eingekoppelt.
- To store energy in the
energy storage device 10, for example, electrical energy is coupled into theenergy supply device 60.
Die elektrische Energie wird mittels der elektrischen Motoreinrichtung 52 zumindest teilweise in kinetische Energie umgewandelt. Hierzu wird das Rotationselement 22 mit den Latentwärmespeicherelementen in eine Drehbewegung versetzt, sodass Rotationsenergie gespeichert wird.The electrical energy is at least partially converted into kinetic energy by means of the
Die zugeführte Energie wird weiterhin zumindest teilweise mittels der elektrischen Spuleneinrichtung 62 und dem Suszeptorelement 64 in thermische Energie umgewandelt. Hierzu wird die Spuleneinrichtung 62 mit einem Strom und/oder einer Spannung beaufschlagt, wodurch elektromagnetische Wellen erzeugt werden, welche von dem Suszeptorelement 64 absorbiert werden. Das Suszeptorelement 64 wird dadurch erwärmt und gibt seine Wärme zur Speicherung an die Latentwärmespeicherelemente 16 ab.The supplied energy is further converted at least partially into thermal energy by means of the
Auf diese Weise wird die Energiespeichervorrichtung 10 mit Energie beladen. Die Energie ist in der Energiespeichervorrichtung 10 als thermische und/oder kinetische Energie gespeichert.In this way, the
Durch die Ausbildung eines Unterdruckbereichs und insbesondere eines Vakuums in dem Innenraum 26 werden Reibungsverluste, welche bei der Rotation des Rotationselements 22 auftreten, verringert.By forming a negative pressure region and in particular a vacuum in the
Durch das Gehäuse 28, welches den Innenraum 26 thermisch und/oder fluidisch abdichtet, werden insbesondere thermische Energieverluste verringert.The
Zur Auskopplung der in der Energievorrichtung 10 gespeicherten Energie wird beispielsweise die elektrische Motoreinrichtung 52 in den Generatorbetrieb umgeschaltet. Es wird dadurch das Rotationselement 22 abgebremst und die gespeicherte kinetische Energie in elektrische Energie umgewandelt. Diese elektrische Energie lässt sich beispielsweise über die Energieversorgungseinrichtung 60 aus der Energiespeichervorrichtung 10 auskoppeln.To decouple the energy stored in the
Die Auskopplung von thermischer Energie aus der Energiespeichervorrichtung 10 erfolgt mittels des Wellen-Wärmetauschelements 66 und der Kondensatoreinrichtung 88. Kaltes Arbeitsfluid wird mittels der Kondensatpumpe 84 in das Wellen-Wärmetauschelement 66 gefördert und gelangt anschließend über den Steigleitungsabschnitt 70 in den Verdampferabschnitt 72, wo es thermische Energie aus den Latentwärmespeicherelementen 16 aufnimmt und insbesondere in einen gasförmigen Zustand übergeht. Erwärmtes Arbeitsfluid wird durch den Kondensatorabschnitt 94 geführt und gibt dort seine thermische Energie an die Kondensatoreinrichtung 88 ab.The extraction of thermal energy from the
Der Kondensatoreinrichtung 88 wird beispielsweise über den Kondensatorvorlauf 90 kaltes Fluid zugeführt, welches in der Kondensatoreinrichtung 88 thermische Energie aufnimmt und dadurch erwärmt wird. Anschließend wird das erwärmte Fluid über den Kondensatorrücklauf 92 aus der Kondensatoreinrichtung 88 ausgekoppelt.For example, cold fluid is supplied to the
Auf diese Weise kann in den Latentwärmespeicherelementen 16 gespeicherte thermische Energie ausgekoppelt werden.In this way, thermal energy stored in the latent
Eine Umwandlung der ausgekoppelten thermischen Energie in elektrische Energie kann beispielsweise durch Ausführung eines Dampfkraftprozesses mittels der Generatoreinrichtung 96 erfolgen.The extracted thermal energy can be converted into electrical energy, for example, by carrying out a steam power process by means of the
Die Energiespeichervorrichtung 102 weist grundsätzlich die gleiche Funktionsweise auf wie die Energiespeichervorrichtung 10.The
Bei der Energiespeichervorrichtung 122 erfolgt die Einkopplung von thermischer Energie in die Energiespeichervorrichtung mittels der elektrischen Heizeinrichtung 158. Hierzu werden die Heizelemente 164 mit einem elektrischen Strom und/oder einer elektrischen Spannung beaufschlagt, sodass diese erwärmt werden. Die hierdurch erzeugte Wärme wird an die Latentwärmespeicherelemente 16 abgegeben und in diesen gespeichert.In the
Die Entnahme von thermischer Energie erfolgt bei der Energiespeichervorrichtung 122 mittels der Kühlkanäle 142 und dem Wärmetauschelement 144.The removal of thermal energy from the
Bei der Energiespeichervorrichtung 122 ist in dem Innenraum 26 beispielsweise eine Gasatmosphäre ausgebildet. Bei der Rotation des Rotationselements 22 strömt das in dem Innenraum 26 befindliche Gas über den Verteilerkanal 150 in die Kühlkanäle 142 ein. Aufgrund der Rotation des Rotationselements 22 ergibt sich ein Gasstrom radial nach außen, sodass das Gas die Kühlkanäle 142 an deren radial äußeren Enden 148 verlässt und auf das Wärmetauschelement 144 trifft.In the
Beim Durchfluss des Gases durch die Kühlkanäle 142 nimmt das Gas thermische Energie aus den Latentwärmespeicherelementen 16 auf, wodurch die Latentwärmespeicherelemente 16 abgekühlt werden und das Gas erwärmt wird.As the gas flows through the cooling
Das erwärmte Gas trifft auf das Wärmetauschelement 144. Hierauf wird die von dem Gas aufgenommene thermische Energie mittels des Wärmetauschelements 144 aus dem Innenraum 26 ausgekoppelt.The heated gas hits the
Hierzu wird das Wärmetauschelement 144 mit einem Arbeitsfluid durchströmt, welches Wärme aus dem Gas aufnimmt. Dem in dem Innenraum befindlichen Gas wird dadurch thermische Energie entzogen. Die aufgenommene thermische Energie des Arbeitsfluids lässt sich anschließend beispielsweise mittels der Kondensatoreinrichtung 88, wie vorstehend für den Fall des Wellen-Wärmetauschelements 66 beschrieben, auskoppeln.For this purpose, the
Es kann vorgesehen sein, dass zur Umwandlung der ausgekoppelten thermischen Energie in elektrische Energie der Kondensatoreinrichtung 88 eine elektrische Generatoreinrichtung zugeordnet ist.It can be provided that an electrical generator device is assigned to the
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- M1M1
- Masse des PhasenwechselmediumsMass of the phase change medium
- M2M2
- Masse des RotationselementsMass of the rotating element
- gG
- GravitationsrichtungGravitational direction
- 1010
- EnergiespeichervorrichtungEnergy storage device
- 1212
- Thermische SpeichereinrichtungThermal storage device
- 1414
- Kinetische SpeichereinrichtungKinetic storage device
- 1616
- LatentwärmespeicherelementLatent heat storage element
- 1818
- PhasenwechselmediumPhase change medium
- 2020
- SchwungmassenelementFlywheel element
- 2222
- RotationselementRotation element
- 2424
- RotationselementwelleRotating element shaft
- 2626
- Innenrauminner space
- 2828
- GehäuseHousing
- 3030
- KopplungseinrichtungCoupling device
- 3232
- LängsmittelachseLongitudinal center axis
- 3434
- Erstes WandungselementFirst wall element
- 3636
- Zweites WandungselementSecond wall element
- 3838
- Seitliches WandungselementSide 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 clutch
- 6060
- EnergieversorgungseinrichtungEnergy supply facility
- 6262
- Elektrische SpuleneinrichtungElectrical 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 End
- 8282
- SeitePage
- 8484
- KondensatpumpeCondensate pump
- 8686
- DampfentnahmeeinrichtungSteam extraction device
- 8888
- KondensatoreinrichtungCapacitor device
- 9090
- KondensatorvorlaufCondenser flow
- 9292
- KondensatorrücklaufCondenser return
- 9494
- KondensatorabschnittCapacitor section
- 9696
- GeneratoreinrichtungGenerator facility
- 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 End
- 112112
- SeitePage
- 114114
- MotorgehäuseEngine 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 End
- 134134
- Strukturstructure
- 136136
- HaltebereichHolding area
- 138138
- HalteelementHolding element
- 140140
- WandungselementWall element
- 142142
- KühlkanalCooling channel
- 144144
- WärmetauschelementHeat exchange element
- 146146
- Radial inneres EndeRadial inner end
- 148148
- Radial äußeres EndeRadial outer end
- 150150
- VerteilerkanalDistribution channel
- 152152
- Radial inneres EndeRadial inner end
- 154154
- Erstes EndeFirst end
- 156156
- Zweites EndeSecond End
- 158158
- Elektrische HeizeinrichtungElectric heating device
- 160160
- Radial äußeres EndeRadial outer end
- 162162
- Radial äußere SeiteRadial outer side
- 164164
- HeizelementHeating element
- 166166
- HalteelementHolding element
- 168168
- UmfangsrichtungCircumferential direction
- 170170
- SpaltbereichGap area
- 172172
- Innenseiteinside
- 174174
- VentileinrichtungValve device
- 176176
- RotationselementRotation element
- 178178
- RotationselementwelleRotating element shaft
- 180180
- SeitePage
- 182182
- IsolationsstrukturInsulation structure
- 184184
- WärmetauschelementHeat exchange element
- 186186
- WärmeleitstrukturThermal conduction 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 End
- 202202
- RotationselementRotation element
- 204204
- StatorelementStator element
- 206206
- MittelbereichMiddle range
- 208208
- RotorelementRotor element
- 210210
- DrehdurchführungselementRotary union element
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Also Published As
Publication number | Publication date |
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DE102019116174A1 (en) | 2020-12-17 |
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