DE102019207965B4 - Heat storage device and method for storing and/or providing heat - Google Patents
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Abstract
Wärmespeichervorrichtung (100), umfassend eine Speichereinrichtung (104), welche ein Speichermedium (106) zum Speichern von Wärme aufweist, und eine Wärmeübertragungseinrichtung (102), durch welche der Speichereinrichtung (104) Wärme zuführbar und/oder Wärme von dieser abführbar ist, wobei die Wärmeübertragungseinrichtung (102) eine erste Strömungseinrichtung (110) und eine zweite Strömungseinrichtung (112) aufweist, die jeweils in thermischem Kontakt mit der Speichereinrichtung (104) und miteinander stehen, wobei durch die erste Strömungseinrichtung (110) ein erstes Wärmeübertragungsmedium (118) und durch die zweite Strömungseinrichtung (112) ein zweites Wärmeübertragungsmedium (120) strömbar ist, wobei die erste Strömungseinrichtung (110) von der zweiten Strömungseinrichtung (112) fluidisch getrennt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichereinrichtung (104) mittels einer Stelleinrichtung (128) relativ zu der Wärmeübertragungseinrichtung (102) bewegbar ist, und einen oder mehrere Aufnahmebehälter (132) zur Aufnahme und/oder Führung von Speichermedium (106) umfasst, wobei der eine oder die mehreren Aufnahmebehälter (132) zumindest näherungsweise zylinderförmig, insbesondere zumindest näherungsweise hohlzylinderförmig, ausgebildet sind.Heat storage device (100), comprising a storage device (104), which has a storage medium (106) for storing heat, and a heat transfer device (102), through which heat can be supplied to the storage device (104) and/or heat can be removed from it, wherein the heat transfer device (102) has a first flow device (110) and a second flow device (112), each of which is in thermal contact with the storage device (104) and with each other, wherein through the first flow device (110) a first heat transfer medium (118) and A second heat transfer medium (120) can flow through the second flow device (112), the first flow device (110) being fluidically separated from the second flow device (112), characterized in that the storage device (104) is relative by means of an adjusting device (128). can be moved to the heat transfer device (102), and comprises one or more receptacles (132) for receiving and/or guiding storage medium (106), wherein the one or more receptacles (132) are at least approximately cylindrical, in particular at least approximately hollow cylindrical are.
Description
Die Erfindung betrifft eine Wärmespeichervorrichtung, umfassend eine Speichereinrichtung, welche ein Speichermedium zum Speichern von Wärme aufweist und eine Wärmeübertragungseinrichtung, durch welche der Speichereinrichtung Wärme zuführbar und/oder Wärme von dieser abführbar ist, wobei die Wärmeübertragungseinrichtung eine erste Strömungseinrichtung und eine zweite Strömungseinrichtung aufweist, die jeweils in thermischem Kontakt mit der Speichereinrichtung und/oder miteinander stehen. Durch die erste Strömungseinrichtung ist ein erstes Wärmeübertragungsmedium und durch die zweite Strömungseinrichtung ist ein zweites Wärmeübertragungsmedium strömbar. Die erste Strömungseinrichtung ist von der zweiten Strömungseinrichtung fluidisch getrennt.The invention relates to a heat storage device, comprising a storage device which has a storage medium for storing heat and a heat transfer device through which heat can be supplied to the storage device and / or heat can be removed from it, the heat transfer device having a first flow device and a second flow device, which are each in thermal contact with the storage device and/or with each other. A first heat transfer medium can flow through the first flow device and a second heat transfer medium can flow through the second flow device. The first flow device is fluidically separated from the second flow device.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Speichern und/oder Bereitstellen von Wärme mittels einer Wärmespeichervorrichtung.The invention further relates to a method for storing and/or providing heat by means of a heat storage device.
Wärmeübertragungsvorrichtungen sind aus der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wärmespeichervorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, welche einfach herstellbar und mit einer hohen Effizienz beladen oder entladen werden kann.The invention is based on the object of providing a heat storage device of the type mentioned, which can be easily manufactured and loaded or discharged with high efficiency.
Diese Aufgabe wird durch eine Wärmespeichervorrichtung gemäß Anspruch 1 und durch ein Verfahren zum Speichern und/oder Bereitstellen von Wärme mittels einer Wärmespeichervorrichtung gemäß Anspruch 13 gelöst.This object is achieved by a heat storage device according to claim 1 and by a method for storing and / or providing heat by means of a heat storage device according to claim 13.
Die erste Strömungseinrichtung und die zweite Strömungseinrichtung stehen jeweils in thermischem Kontakt mit der Speichereinrichtung. So kann eine Wärmeübertragung von dem ersten Wärmeübertragungsmedium auf das Speichermedium der Speichereinrichtung und/oder dem zweiten Wärmeübertragungsmedium auf das Speichermedium der Speichereinrichtung erfolgen und/oder umgekehrt.The first flow device and the second flow device are each in thermal contact with the storage device. Heat transfer can thus take place from the first heat transfer medium to the storage medium of the storage device and/or the second heat transfer medium to the storage medium of the storage device and/or vice versa.
„Warm“ und „kalt“ werden im Folgenden vorzugsweise als relative Begriffe verwendet. Eine Wärmeübertragung findet insbesondere von dem warmen auf das kalte Medium statt.“Warm” and “cold” are preferably used as relative terms in the following. Heat transfer takes place in particular from the warm to the cold medium.
Um der Wärmespeichervorrichtung Wärme zuzuführen, wird die erste Strömungseinrichtung beispielsweise von einem warmen ersten Wärmeübertragungsmedium durchströmt, welches seine Wärme über die Wärmeübertragungseinrichtung an das Speichermedium abgibt. Das Speichermedium wird dabei insbesondere aufgeschmolzen.In order to supply heat to the heat storage device, the first flow device is flowed through, for example, by a warm first heat transfer medium, which releases its heat to the storage medium via the heat transfer device. The storage medium is in particular melted.
Das Speichermedium der Speichereinrichtung ist oder umfasst beispielsweise ein Phasenwechselmedium.The storage medium of the storage device is or includes, for example, a phase change medium.
Das Phasenwechselmedium umfasst insbesondere Nitratsalze oder eine Mischung aus unterschiedlichen Nitratsalzen. Es umfasst beispielsweise Natriumnitrat und/oder Kaliumnitrat und/oder Lithiumnitrat. Mittels unterschiedlicher Mischungen der genannten Stoffe lässt sich beispielsweise ein Schmelzpunkt des Phasenwechselmediums einstellen.The phase change medium includes in particular nitrate salts or a mixture of different nitrate salts. It includes, for example, sodium nitrate and/or potassium nitrate and/or lithium nitrate. For example, a melting point of the phase change medium can be adjusted using different mixtures of the substances mentioned.
Alternativ hierzu umfasst das Phasenwechselmedium beispielsweise ein Paraffinmaterial.Alternatively, the phase change medium comprises, for example, a paraffin material.
Zur Entnahme von Wärme aus der Wärmespeichervorrichtung wird beispielsweise die zweite Strömungseinrichtung mit einem kalten zweiten Wärmeübertragungsmedium durchströmt, auf welches die Speichereinrichtung über die Wärmeübertragungseinrichtung ihre gespeicherte Wärme abgibt. Vorzugsweise erstarrt das Speichermedium dabei.To remove heat from the heat storage device, for example, a cold second heat transfer medium flows through the second flow device, to which the storage device releases its stored heat via the heat transfer device. The storage medium preferably solidifies in the process.
Ergänzend oder alternativ kann auch eine Wärmeübertragung von Wärme von dem warmen ersten Wärmeübertragungsmedium auf das zweite kalte Wärmeübertragungsmedium ausgebildet sein und/oder werden.Additionally or alternatively, a heat transfer of heat from the warm first heat transfer medium to the second cold heat transfer medium can also be and/or be formed.
Eine Wärmeübertragungsfunktion zwischen den unterschiedlichen Medien ist vorzugsweise dann nutzbar, wenn das jeweilige Medium - also erstes Wärmeübertragungsmedium, zweites Wärmeübertragungsmedium und/oder Speichermedium - relativ zu mindestens einem weiteren Medium bewegt wird.A heat transfer function between the different media can preferably be used when the respective medium - i.e. first heat transfer medium, second heat transfer medium and / or storage medium - is moved relative to at least one further medium.
Bei dem ersten und/oder zweiten Wärmeübertragungsmedium ist eine Bewegung vorzugsweise ein Durchströmen der jeweiligen Strömungseinrichtung. Bei dem Speichermedium ist eine Bewegung mittels der Stelleinrichtung möglich.In the case of the first and/or second heat transfer medium, a movement is preferably a flow through the respective flow device. With the storage medium, movement is possible using the adjusting device.
Durch die fluidische Trennung der ersten Strömungseinrichtung von der zweiten Strömungseinrichtung können zum Be- und Entladen der Wärmespeichervorrichtung jeweils unterschiedliche Wärmeübertragungsmedien eingesetzt werden.Due to the fluidic separation of the first flow device from the second flow device, different heat transfer media can be used for loading and unloading the heat storage device.
Es lassen sich dadurch beispielsweise zeitgleich ein erstes warmes Wärmeübertragungsmedium durch die erste Strömungseinrichtung und ein zweites kaltes Wärmeübertragungsmedium durch die zweite Strömungseinrichtung strömen. Dies ermöglicht beispielsweise eine zeitgleiche Be- und Entladung der Wärmespeichervorrichtung.This allows, for example, a first warm heat transfer medium to pass through the first flow device and a second cold heat transfer medium at the same time flow through the second flow device. This enables, for example, simultaneous loading and unloading of the heat storage device.
Alternativ kann auch ein Wärmeübertragungsmedium strömen, während das andere Wärmeübertragungsmedium stationär und/oder ruhend vorliegt. Alternatively, one heat transfer medium can also flow while the other heat transfer medium is stationary and/or at rest.
Unter fluidisch getrennt ist insbesondere zu verstehen, dass die erste Strömungseinrichtung und die zweite Strömungseinrichtung fluidwirksam voneinander getrennt sind.Fluidically separated means in particular that the first flow device and the second flow device are fluidly separated from one another.
Die erste Strömungseinrichtung und die zweite Strömungseinrichtung weisen insbesondere jeweils vollständig voneinander getrennte Fluidkreisläufe für die jeweiligen Wärmeübertragungsmedien auf.The first flow device and the second flow device in particular each have completely separate fluid circuits for the respective heat transfer media.
Das erste und das zweite Wärmeübertragungsmedium können unterschiedliche Medien sein. Alternativ ist denkbar, dass das erste Wärmeübertragungsmedium und das zweite Wärmeübertragungsmedium stofflich identisch sind.The first and second heat transfer media may be different media. Alternatively, it is conceivable that the first heat transfer medium and the second heat transfer medium are materially identical.
Das erste und/oder zweite Wärmeübertragungsmedium sind vorzugsweise Flüssigkeiten oder Gase oder Gemische davon. Beispielsweise sind das erste und/oder zweite Wärmeübertragungsmedium Wasser.The first and/or second heat transfer medium are preferably liquids or gases or mixtures thereof. For example, the first and/or second heat transfer medium are water.
Die erste Strömungseinrichtung und die zweite Strömungseinrichtung stehen vorzugsweise miteinander in thermischem Kontakt. So kann vorzugsweise eine Wärmeübertragung von dem ersten Wärmeübertragungsmedium auf das zweite Wärmeübertragungsmedium oder umgekehrt ausgebildet sein.The first flow device and the second flow device are preferably in thermal contact with one another. Heat transfer from the first heat transfer medium to the second heat transfer medium or vice versa can preferably be implemented.
Durch die Bewegung der Speichereinrichtung mittels der Stelleinrichtung relativ zu der Wärmeübertragungseinrichtung sind vorzugsweise weitere Parameter vorhanden, welche zur Optimierung von Be- oder Entladung der Wärmespeichervorrichtung verwendet werden können.By moving the storage device by means of the adjusting device relative to the heat transfer device, additional parameters are preferably present which can be used to optimize loading or unloading of the heat storage device.
Die Speichereinrichtung ist vorzugsweise mittels der Stelleinrichtung relativ zu der Wärmeübertragungseinrichtung automatisch bewegbar.The storage device is preferably automatically movable relative to the heat transfer device by means of the adjusting device.
Die Bewegung der Speichereinrichtung relativ zu der Wärmeübertragungseinrichtung ist vorzugsweise eine Linearbewegung entlang oder entgegen einer Bewegungsrichtung, welche insbesondere senkrecht zu einer Haupterstreckungsrichtung eines Rohrelements der ersten Strömungseinrichtung angeordnet ist.The movement of the storage device relative to the heat transfer device is preferably a linear movement along or against a direction of movement, which is arranged in particular perpendicular to a main extension direction of a tubular element of the first flow device.
Die Bewegungsrichtung ist insbesondere senkrecht zu einer Längsmittelachse eines Rohrelements der zweiten Strömungsrichtung angeordnet.The direction of movement is in particular arranged perpendicular to a longitudinal central axis of a tubular element of the second flow direction.
Günstig kann es sein, wenn ein Aufnahmebehälter zu einer Beladung des Speichermediums entlang der Bewegungsrichtung bewegt wird. Eine Position der Wärmeübertragungseinrichtung bleibt dabei insbesondere unverändert. Zu einer Entladung des Speichermediums wird der Aufnahmebehälter vorzugsweise entgegengesetzt zu der Bewegungsrichtung bewegt.It can be advantageous if a receptacle is moved along the direction of movement to load the storage medium. In particular, a position of the heat transfer device remains unchanged. To discharge the storage medium, the receptacle is preferably moved in the opposite direction to the direction of movement.
Mittels der Rohrelemente der ersten und/oder zweiten Strömungseinrichtung ist ein Behälter, in welchem die Speichereinrichtung und die Wärmeübertragungseinrichtung angeordnet sind, vorzugsweise horizontal bezüglich einer Bodenwandung des Behälters durchströmbar.By means of the tubular elements of the first and/or second flow device, a container in which the storage device and the heat transfer device are arranged can flow through, preferably horizontally with respect to a bottom wall of the container.
Alternativ zur Ausbildung der Bewegung der Speichereinrichtung als Linearbewegung kann vorgesehen sein, dass die Speichereinrichtung relativ zu der Wärmeübertragungseinrichtung mittels der Stelleinrichtung um eine Drehachse drehbar ist.As an alternative to designing the movement of the storage device as a linear movement, it can be provided that the storage device can be rotated about an axis of rotation relative to the heat transfer device by means of the adjusting device.
Vorzugsweise umfasst die Stelleinrichtung ein Zwischenmedium, mittels welchem ein oder mehrere Aufnahmebehälter der Speichereinrichtung zur Aufnahme und/oder Führung von Speichermedium und die Wärmeübertragungseinrichtung miteinander verbunden sind.Preferably, the adjusting device comprises an intermediate medium, by means of which one or more receiving containers of the storage device for receiving and/or guiding storage medium and the heat transfer device are connected to one another.
Der eine oder die mehreren Aufnahmebehälter der Speichereinrichtung sind vorzugsweise mittels des Zwischenmediums thermisch leitend miteinander und/oder mit der Wärmeübertragungseinrichtung verbunden.The one or more receptacles of the storage device are preferably connected to one another and/or to the heat transfer device in a thermally conductive manner by means of the intermediate medium.
Das Zwischenmedium dient insbesondere einer Verringerung eines Reibungswiderstands einer Wandung des einen oder der mehreren Aufnahmebehälter und/oder einer äußeren Oberfläche eines Wärmeleitkörpers der Wärmeübertragungseinrichtung.The intermediate medium serves in particular to reduce a frictional resistance of a wall of the one or more receiving containers and/or an outer surface of a heat-conducting body of the heat transfer device.
Günstig kann es sein, wenn das Zwischenmedium als wärmeleitfähige Lage zwischen der Speichereinrichtung und der Wärmeübertragungseinrichtung ausgebildet ist.It can be advantageous if the intermediate medium is designed as a thermally conductive layer between the storage device and the heat transfer device.
Das Zwischenmedium ist vorzugsweise ein Zwischenfluid.The intermediate medium is preferably an intermediate fluid.
Als besonders geeignetes Zwischenmedium hat sich Wachs erwiesen.Wax has proven to be a particularly suitable intermediate medium.
Die Speichereinrichtung umfasst einen oder mehrere Aufnahmebehälter zur Aufnahme und/oder Führung von Speichermedium. Der eine oder die mehreren Aufnahmebehälter sind zumindest näherungsweise zylinderförmig, insbesondere zumindest näherungsweise hohlzylinderförmig, ausgebildet. Dies ist insbesondere bei einer Drehbewegung des jeweiligen Aufnahmebehälters vorteilhaft.The storage device comprises one or more storage containers for holding and/or guiding storage medium. One or the other several receptacles are at least approximately cylindrical, in particular at least approximately hollow cylindrical. This is particularly advantageous when the respective receiving container rotates.
Beispielsweise sind die einen oder mehreren Aufnahmebehälter zumindest näherungsweise hohlkreiszylinderförmig ausgebildet.For example, the one or more receptacles are at least approximately hollow circular cylindrical.
Es kann vorgesehen sein, dass die Speichereinrichtung einen oder mehrere Aufnahmebehälter zur Aufnahme und/oder Führung von Speichermedium umfasst, wobei der eine oder die mehreren Aufnahmebehälter mittels der Stelleinrichtung um eine oder mehrere Drehachsen drehbar sind. Insbesondere ist jeder der Aufnahmebehälter um eine Drehachse drehbar, wobei die Drehachsen vorzugsweise zumindest näherungsweise parallel zueinander angeordnet sind.It can be provided that the storage device comprises one or more receptacles for receiving and/or guiding storage medium, wherein the one or more receptacles can be rotated about one or more axes of rotation by means of the adjusting device. In particular, each of the receptacles is rotatable about an axis of rotation, the axes of rotation preferably being arranged at least approximately parallel to one another.
Günstig kann es sein, wenn die eine oder die mehreren Drehachsen der einen oder der mehreren Aufnahmebehälter zumindest näherungsweise parallel zu einer Haupterstreckungsrichtung eines Rohrelements der ersten und/oder zweiten Strömungseinrichtung angeordnet sind.It can be advantageous if the one or more axes of rotation of the one or more receptacles are arranged at least approximately parallel to a main extension direction of a tubular element of the first and/or second flow device.
Die einen oder die mehreren Aufnahmebehälter sind beispielsweise als Rohrabschnitte ausgebildet.The one or more receptacles are designed, for example, as pipe sections.
Die Wandungen der einen oder der mehreren Aufnahmebehälter sind vorzugsweise dünnwandig ausgebildet. Dies erleichtert eine Wärmeübertragung von dem Speichermedium auf das erste und/oder zweite Wärmeübertragungsmedium und umgekehrt.The walls of the one or more receptacles are preferably thin-walled. This facilitates heat transfer from the storage medium to the first and/or second heat transfer medium and vice versa.
Im Falle von mehreren Aufnahmebehältern sind diese vorzugsweise bezüglich Form, Material und/oder Volumen im Wesentlichen identisch ausgebildet. So kann eine homogene Wärmeübertragung über die gesamte Speichereinrichtung ausgebildet werden.In the case of several receptacles, these are preferably designed to be essentially identical in terms of shape, material and/or volume. In this way, a homogeneous heat transfer can be achieved across the entire storage device.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass unterschiedliche Aufnahmebehälter eingesetzt werden. So kann auch bei mehreren Aufnahmebehältern eine punktuelle Wärmeübertragung ausgebildet werden.Alternatively, it can be provided that different receiving containers are used. This means that even with several receptacles, heat transfer can be carried out at certain points.
Es kann vorgesehen sein, dass die Speichereinrichtung zwei oder mehr als zwei Aufnahmebehälter zur Aufnahme und/oder Führung von Speichermedium umfasst, wobei die zwei oder die mehr als zwei Aufnahmebehälter mittels der Stelleinrichtung um zwei oder mehr als zwei zumindest näherungsweise parallel zueinander angeordnete Drehachsen drehbar sind. Insbesondere sind zumindest zwei der zwei oder der mehr als zwei Aufnahmebehälter in entgegengesetzte oder gleiche Drehrichtungen drehbar.It can be provided that the storage device comprises two or more than two receptacles for receiving and/or guiding storage medium, the two or more than two receptacles being rotatable by means of the adjusting device about two or more than two axes of rotation arranged at least approximately parallel to one another . In particular, at least two of the two or more than two receptacles can be rotated in opposite or same directions of rotation.
Hierdurch ist insbesondere eine Leistungsabgabe der Wärmespeichervorrichtung insgesamt einstellbar und/oder regelbar.In this way, in particular, the overall power output of the heat storage device can be adjusted and/or regulated.
Günstig kann es sein, wenn der Aufnahmebehälter bezüglich einer Schwerkraftrichtung oberhalb der Wärmeübertragungseinrichtung oder seitlich von der Wärmeübertragungseinrichtung angeordnet ist.It can be advantageous if the receptacle is arranged above the heat transfer device or to the side of the heat transfer device with respect to a direction of gravity.
Wenn die Speichereinrichtung mehrere Aufnahmebehälter zur Aufnahme und/oder Führung von Speichermedium umfasst, kann es vorteilhaft sein, wenn die Wärmeübertragungseinrichtung, insbesondere mittig, zwischen zwei der mehreren Aufnahmebehälter angeordnet ist. So lässt sich vorzugsweise ein direkter thermischer Kontakt zwischen beiden Aufnahmebehältern und der Wärmeübertragungseinrichtung ausbilden.If the storage device comprises a plurality of receptacles for receiving and/or guiding storage medium, it can be advantageous if the heat transfer device is arranged, in particular centrally, between two of the several receptacles. In this way, direct thermal contact can preferably be formed between the two receiving containers and the heat transfer device.
Bei zwei Aufnahmebehältern kann es günstig sein, dass jeweils ein Verdrängerkörper in den Aufnahmebehältern angeordnet ist. Die Verdrängerkörper dienen vorzugsweise, insbesondere bei einer Entladung, einer thermischen Kontaktierung von Speichermedium und jeweiligem Wärmeübertragungsmedium.If there are two receptacles, it may be advantageous for a displacement body to be arranged in each of the receptacles. The displacement bodies preferably serve, particularly during a discharge, for thermal contact between the storage medium and the respective heat transfer medium.
Vorteilhaft kann es sein, wenn die erste Strömungseinrichtung und die zweite Strömungseinrichtung jeweils zumindest abschnittsweise ein Rohrelement umfassen. Die Rohrelemente der ersten und zweiten Strömungseinrichtungen stehen insbesondere miteinander und/oder mit einer oder mehrerer Wandungen eines oder mehrerer Aufnahmebehälter der Speichereinrichtung in thermischem und/oder mechanischem Kontakt.It can be advantageous if the first flow device and the second flow device each comprise a tubular element at least in sections. The tubular elements of the first and second flow devices are in thermal and/or mechanical contact with one another and/or with one or more walls of one or more receptacles of the storage device.
Vorzugsweise umfassen eines oder mehrere der folgenden Elemente ein metallisches Material, beispielsweise Stahl, oder sind daraus gebildet: die Rohrelemente der ersten und/oder zweiten Strömungseinrichtungen, die Wandung(en) des einen oder der mehreren Aufnahmebehälter.Preferably, one or more of the following elements comprise or are formed from a metallic material, for example steel: the tubular elements of the first and/or second flow devices, the wall(s) of the one or more receptacles.
Vorzugsweise sind das Speichermedium und das erste Wärmeübertragungsmedium und/oder das Speichermedium und das zweite Wärmeübertragungsmedium thermisch gekoppelt.Preferably, the storage medium and the first heat transfer medium and/or the storage medium and the second heat transfer medium are thermally coupled.
Eine Wärmeleitfähigkeit des Materials der Rohrelemente und/oder der Wandungen des einen oder der mehreren Aufnahmebehälter liegt vorzugsweise in einem Bereich von ca. 30 W/(m.K) oder mehr.A thermal conductivity of the material of the tubular elements and/or the walls of the one or more receptacles is preferably in a range of approximately 30 W/(m.K) or more.
Vorzugsweise umfasst die Stelleinrichtung eine Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung einer bereitgestellten Wärmemenge. Insbesondere ist mittels der Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung eine Bewegung der Speichereinrichtung relativ zu der Wärmeübertragungseinrichtung derart regelbar, dass die Wärmespeichervorrichtung eine konstante Leistungsabgabe aufweist.Preferably, the adjusting device comprises a control and/or regulating device for controlling and/or regulating an amount of heat provided. In particular, a movement of the storage device relative to the heat transfer device can be regulated by means of the control and/or regulating device in such a way that the heat storage device has a constant power output.
Die Angabe „konstante Leistungsabgabe“ bezieht sich insbesondere auf eine Leistungsabgabe bei konstanten Fluidparametern.The statement “constant power output” refers in particular to power output with constant fluid parameters.
Die Steuerungs- und oder Regelungsvorrichtung der Stelleinrichtung regelt und/oder steuert vorzugsweise einen oder mehrere der folgenden Parameter:
- - Geschwindigkeit eines oder mehrerer Aufnahmebehälter der Speichereinrichtung; und/oder
- - Temperatur des ersten Wärmeübertragungsmediums; und/oder
- - Temperatur des zweiten Wärmeübertragungsmediums; und/oder
- - Temperatur des Speichermediums; und/oder
- - Strömungsgeschwindigkeit des ersten Wärmeübertragungsmediums; und/oder
- - Strömungsgeschwindigkeit des zweiten Wärmeübertragungsmediums.
- - Speed of one or more storage containers of the storage device; and or
- - temperature of the first heat transfer medium; and or
- - temperature of the second heat transfer medium; and or
- - temperature of the storage medium; and or
- - flow rate of the first heat transfer medium; and or
- - Flow rate of the second heat transfer medium.
Die Geschwindigkeit(en) des einen oder der mehreren Aufnahmebehälter sind vorzugsweise Rotationsgeschwindigkeit(en).The speed(s) of the one or more receptacles are preferably rotational speed(s).
Im Falle von mehreren Aufnahmebehältern kann es günstig sein, wenn die Steuerungs- und oder Regelungsvorrichtung eine Bewegungsrichtung der mehreren Aufnahmebehälter, beispielsweise eine Drehrichtung, relativ zueinander steuert und/oder regelt.In the case of several receptacles, it can be advantageous if the control and/or regulation device controls and/or regulates a direction of movement of the several receptacles, for example a direction of rotation, relative to one another.
Insbesondere sind Temperaturdifferenzen der genannten Medien steuerbar und/oder regelbar.In particular, temperature differences in the media mentioned can be controlled and/or regulated.
Die Steuerungs- und oder Regelungsvorrichtung umfasst vorzugsweise einen oder mehrere Sensoren und/oder eine Steuerungseinheit.The control and/or regulation device preferably comprises one or more sensors and/or a control unit.
Die Steuerungs- und oder Regelungsvorrichtung ist insbesondere eine maschinelle Steuerungs- und oder Regelungsvorrichtung.The control and/or regulation device is in particular a mechanical control and/or regulation device.
Es kann vorgesehen sein, dass die Wärmeübertragungseinrichtung mindestens ein selektiv mit elektrischer Energie beaufschlagbares elektrisches Heizelement umfasst, welches mit mindestens einer der Strömungseinrichtung und/oder der Speichereinrichtung in thermischem Kontakt steht.It can be provided that the heat transfer device comprises at least one electrical heating element which can be selectively supplied with electrical energy and which is in thermal contact with at least one of the flow device and/or the storage device.
Dies ermöglicht vorzugsweise eine elektrische Beladung der Wärmespeichervorrichtung.This preferably enables the heat storage device to be charged electrically.
Die Wärmeübertragungseinrichtung umfasst insbesondere einen Wärmeleitkörper, welcher mindestens eine Strömungseinrichtung und/oder mindestens einen Aufnahmebehälter der Speichereinrichtung thermisch und/oder mechanisch, insbesondere mittels eines Zwischenmediums, kontaktiert.The heat transfer device in particular comprises a heat-conducting body which contacts at least one flow device and/or at least one receptacle of the storage device thermally and/or mechanically, in particular by means of an intermediate medium.
Der Wärmeleitkörper umschließt vorzugsweise die erste Strömungseinrichtung längs einer Haupterstreckungsrichtung eines Rohrelements der ersten Strömungseinrichtung.The heat-conducting body preferably encloses the first flow device along a main extension direction of a tubular element of the first flow device.
Vorzugsweise umschließt der Wärmeleitkörper die zweite Strömungseinrichtung längs einer Haupterstreckungsrichtung eines Rohrelements der zweiten Strömungseinrichtung.Preferably, the heat-conducting body encloses the second flow device along a main extension direction of a tubular element of the second flow device.
Günstig kann es sein, wenn der Wärmeleitkörper aus einem Material gebildet ist, welches eine Wärmeleitfähigkeit von ca. 30 W/(m.K) oder mehr aufweist.It can be advantageous if the heat-conducting body is made of a material that has a thermal conductivity of approximately 30 W/(m.K) or more.
Beispielsweise ist der Wärmeleitkörper aus einem metallischen Material gebildet oder umfasst ein metallisches Material.For example, the heat-conducting body is formed from a metallic material or comprises a metallic material.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Wärmeleitkörper ein wärmeleitfähiges Polymermaterial umfasst oder daraus gebildet ist.Alternatively, it can be provided that the thermally conductive body comprises or is formed from a thermally conductive polymer material.
Der Wärmeleitkörper kann als Rippenstruktur vorliegen, bei welcher sich beispielsweise Rippen von den Rohrelementen radial weg erstrecken.The heat-conducting body can be in the form of a rib structure, in which, for example, ribs extend radially away from the tubular elements.
Eine Kontaktfläche des Wärmeleitkörpers, insbesondere mittels eines Zwischenmediums, zu einer Wandung eines Aufnahmebehälters der Speichereinrichtung beträgt vorzugsweise ca. 10 % oder mehr, insbesondere ca. 20 % oder mehr, einer geometrischen Gesamtoberfläche der Wandung des Aufnahmebehälters.A contact area of the heat-conducting body, in particular by means of an intermediate medium, to a wall of a receptacle of the storage device is preferably approximately 10% or more, in particular approximately 20% or more, of a total geometric surface of the wall of the receptacle.
Die Kontaktfläche des Wärmeleitkörpers, insbesondere mittels eines Zwischenmediums, zu einer Wandung eines Aufnahmebehälters der Speichereinrichtung beträgt vorzugsweise ca. 70 % oder weniger, insbesondere ca. 50 % oder weniger, einer geometrischen Gesamtoberfläche der Wandung des Aufnahmebehälters.The contact area of the heat-conducting body, in particular by means of an intermediate medium, to a wall of a receptacle of the storage device is preferably approximately 70% or less, in particular approximately 50% or less, of a total geometric surface of the wall of the receptacle.
Günstig kann es sein, wenn der Wärmeleitkörper eine Aufnahmevorrichtung zur Aufnahme eines Aufnahmebehälters der Speichereinrichtung bildet und insbesondere zumindest näherungsweise schalenförmig und/oder rinnenförmig ausgebildet ist.It can be advantageous if the heat-conducting body has a receiving device for receiving a receptacle of the storage device forms and in particular is at least approximately shell-shaped and / or channel-shaped.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Speichern und/oder Bereitstellen von Wärme mittels einer Wärmespeichervorrichtung, umfassend eine Speichereinrichtung und eine Wärmeübertragungseinrichtung, bereitgestellt.According to the invention, a method for storing and/or providing heat by means of a heat storage device comprising a storage device and a heat transfer device is provided.
Bei dem Verfahren wird der Speichereinrichtung mittels eines ersten Wärmeübertragungsmediums der Wärmeübertragungseinrichtung Wärme zugeführt oder Wärme von der Speichereinrichtung abgeführt.In the method, heat is supplied to the storage device or heat is removed from the storage device by means of a first heat transfer medium.
Bei dem Verfahren wird ferner der Speichereinrichtung mittels eines zweiten Wärmeübertragungsmediums der Wärmeübertragungseinrichtung Wärme zugeführt oder Wärme von der Speichereinrichtung abgeführt.In the method, heat is also supplied to the storage device or heat is removed from the storage device by means of a second heat transfer medium.
Das erste Wärmeübertragungsmedium und das zweite Wärmeübertragungsmedium strömen innerhalb der Wärmeübertragungseinrichtung durch fluidisch voneinander getrennte Strömungseinrichtungen. Die Speichereinrichtung wird relativ zu der Wärmeübertragungseinrichtung bewegt.The first heat transfer medium and the second heat transfer medium flow within the heat transfer device through flow devices that are fluidly separated from one another. The storage device is moved relative to the heat transfer device.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist vorzugsweise einzelne oder mehrere der im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Wärmespeichervorrichtung beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile auf.The method according to the invention preferably has one or more of the features and/or advantages described in connection with the heat storage device according to the invention.
Vorzugsweise werden ein oder mehrere Aufnahmebehälter der Speichereinrichtung mittels einer Stelleinrichtung der Wärmespeichervorrichtung um eine oder mehrere Drehachsen gedreht. Die eine oder die mehreren Drehachsen sind insbesondere zumindest näherungsweise parallel zu einer Haupterstreckungsrichtung eines Rohrelements der ersten Strömungseinrichtung und/oder der zweiten Strömungseinrichtung angeordnet.Preferably, one or more receptacles of the storage device are rotated about one or more axes of rotation by means of an adjusting device of the heat storage device. The one or more axes of rotation are in particular arranged at least approximately parallel to a main extension direction of a tubular element of the first flow device and/or the second flow device.
Die Wärmespeichervorrichtung kann insbesondere als thermischer Wärmespeicher und/oder Wärmepuffer für industrielle Anwendungen, beispielsweise zur effizienten Nutzung von Abwärme, eingesetzt werden. Sie eignet sich beispielsweise zum Einsatz im Zusammenhang mit Prozessen mit zeitlich variierender Wärmeabgabe und/oder Wärmeaufnahme. Die Wärmespeichervorrichtung kann beispielsweise als Energiespeicher in Heizkraftwerken verwendet werden.The heat storage device can be used in particular as a thermal heat storage and/or heat buffer for industrial applications, for example for the efficient use of waste heat. It is suitable, for example, for use in connection with processes with heat emission and/or heat absorption that vary over time. The heat storage device can be used, for example, as an energy storage in thermal power plants.
Ergänzend oder alternativ zu den genannten Merkmalen und/oder Vorteilen, ermöglicht die Wärmespeichervorrichtung vorzugsweise Folgendes:
- - eine Förderung des ersten und zweiten Wärmeübertragungsmedium zeitlich unabhängig voneinander; und/oder
- - durch einen ruhenden Zustand eines der Wärmeübertragungsmedien kann eine Pumpleistung von Pumpen zur Förderung des ersten und/oder zweiten Wärmeübertragungsmediums reduziert werden; und/oder
- - reduzierte Temperaturdifferenzen zwischen den verschiedenen Medien und dadurch insbesondere reduzierte Effizienzverluste; und/oder
- - konstante Leistungsabgabe bei gleichbleibendem Zustand von erstem und/oder zweitem Wärmeübertragungsmedium.
- - a promotion of the first and second heat transfer medium independently of one another in time; and or
- - due to a stationary state of one of the heat transfer media, a pump output of pumps for conveying the first and / or second heat transfer medium can be reduced; and or
- - reduced temperature differences between the different media and thereby in particular reduced efficiency losses; and or
- - Constant power output with a constant state of the first and/or second heat transfer medium.
Weitere bevorzugte Merkmale und/oder Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen.Further preferred features and/or advantages of the invention are the subject of the following description and the graphic representation of exemplary embodiments.
In den Zeichnungen zeigen:
-
1 eine schematische Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform einer Wärmespeichervorrichtung, bei welcher eine Speichereinrichtung mittels einer Stelleinrichtung linear bewegbar ist; -
2 eine schematische systemtechnische Darstellung der Wärmespeichervorrichtung aus1 in einem Zustand während einer Beladung; -
3 eine schematische systemtechnische Darstellung der Wärmespeichervorrichtung aus1 in einem Zustand während einer Entladung; -
4 eine schematische systemtechnische Darstellung der Wärmespeichervorrichtung aus1 in einem Zustand während einer direkten Wärmeübertragung zwischen einem ersten und einem zweiten Wärmeübertragungsmedium der Wärmeübertragungseinrichtung; -
5 eine schematische systemtechnische Darstellung der Wärmespeichervorrichtung aus1 in einem Zustand wie in5 , wobei zusätzlich eine Wärmeübertragung von dem Speichermedium der Speichereinrichtung auf das zweite Wärmeübertragungsmedium der Wärmeübertragungseinrichtung stattfindet; -
6 eine schematische Schnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform einer Wärmespeichervorrichtung, bei welcher die Speichereinrichtung mittels einer Stelleinrichtung relativ zu der Wärmeübertragungseinrichtung drehbar ist; und -
7 eine schematische Schnittdarstellung eine dritten Ausführungsform einer Wärmespeichervorrichtung, bei welcher die Speichereinrichtung zwei Aufnahmebehälter umfasst und die Wärmeübertragungseinrichtung zwischen den Aufnahmebehältern angeordnet ist.
-
1 a schematic sectional view of a first embodiment of a heat storage device, in which a storage device is linearly movable by means of an adjusting device; -
2 a schematic system-technical representation of the heat storage device1 in a state during loading; -
3 a schematic system-technical representation of the heat storage device1 in a state during a discharge; -
4 a schematic system-technical representation of the heat storage device1 in a state during direct heat transfer between a first and a second heat transfer medium of the heat transfer device; -
5 a schematic system-technical representation of the heat storage device1 in a condition like in5 , wherein additional heat transfer takes place from the storage medium of the storage device to the second heat transfer medium of the heat transfer device; -
6 a schematic sectional view of a second embodiment of a heat storage device, in which the storage device is rotatable relative to the heat transfer device by means of an adjusting device; and -
7 a schematic sectional view of a third embodiment of a heat storage cher device, in which the storage device comprises two receptacles and the heat transfer device is arranged between the receptacles.
Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in sämtlichen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.Identical or functionally equivalent elements are provided with the same reference numbers in all figures.
Die Wärmespeichervorrichtung 100 umfasst eine Wärmeübertragungseinrichtung 102 und eine Speichereinrichtung 104.The
Die Wärmeübertragungseinrichtung 102 dient vorzugsweise einer unmittelbaren und/oder sensiblen Wärmeübertragung.The
Die Speichereinrichtung 102 dient vorzugsweise einer Speicherung und/oder Übertragung von latenter Wärme.The
Latente Wärme bezeichnet insbesondere Wärme, welche bei einem Phasenübergang erster Ordnung freigesetzt wird und/oder für einen Phasenübergang aufgewendet werden muss. Vorliegend geht das Speichermedium 106 von einem festen Zustand in einen flüssigen Zustand über.Latent heat refers in particular to heat that is released during a first-order phase transition and/or has to be used for a phase transition. In the present case, the
Die in
Das Speichermedium 106 ist vorliegend ein Phasenwechselmaterial, vorzugsweise ein Nitratsalz oder eine Mischung aus unterschiedlichen Nitratsalzen.In the present case, the
Beispielsweise ist eine Mischung aus Kaliumnitrat und Natriumnitrat als Speichermedium 106 besonders geeignet. Alternativ kann eine Mischung aus Kaliumnitrat, Natriumnitrat und Lithiumnitrat oder weitere Mischungen der genannten Salze oder eines der genannten Salze allein als Speichermedium 106 verwendet werden.For example, a mixture of potassium nitrate and sodium nitrate is particularly suitable as a
Die Wärmeübertragungseinrichtung 102 umfasst eine erste Strömungseinrichtung 110 und eine zweite Strömungseinrichtung 112, welche insbesondere voneinander fluidwirksam getrennten Fluidkreisläufen zugeordnet sind oder diese bilden.The
Die erste Strömungseinrichtung 110 umfasst vorzugsweise ein Rohrelement 114 oder ist als Rohrelement 114 ausgebildet. Das Rohrelement 114 ist vorzugsweise in einem senkrecht zu einer Haupterstreckungsrichtung 105 des Rohrelements 114 genommenen Querschnitt zumindest näherungsweise kreisförmig.The
Von dem Rohrelement 114 der ersten Strömungseinrichtung 110 ist vorzugsweise ein erstes Wärmeübertragungsmedium 118 aufgenommen, welches insbesondere flüssig ausgebildet ist. Dabei umgibt eine Wandung 122 der ersten Strömungseinrichtung 110 das erste Wärmeübertragungsmedium 118.A first
Beispielsweise wird Wasser als erstes Wärmeübertragungsmedium 118 und/oder zweites Wärmeübertragungsmedium verwendet.For example, water is used as the first
Die zweite Strömungseinrichtung 112 umfasst vorzugsweise ein Rohrelement 116 oder ist als Rohrelement 116 ausgebildet. Das Rohrelement 116 ist vorzugsweise in einem senkrecht zu einer Haupterstreckungsrichtung 107 des Rohrelements 116 genommenen Querschnitt zumindest näherungsweise kreisförmig.The
Von dem Rohrelement 116 der zweiten Strömungseinrichtung 112 ist vorzugsweise ein zweites Wärmeübertragungsmedium 120 aufgenommen, welches vorliegend ebenfalls flüssig ausgebildet ist. Eine Wandung 124 der zweiten Strömungseinrichtung 112 umgibt vorzugsweise das zweite Wärmeübertragungsmedium 120.A second
Je nach Nutzung der Wärmespeichervorrichtung 100 kann vorgesehen sein, dass das erste Wärmeübertragungsmedium 118 und/oder das zweite Wärmeübertragungsmedium 120 jeweils in strömendem oder in stationärem Zustand innerhalb der jeweiligen Rohrelemente 114, 116 vorliegen.Depending on the use of the
Die Rohrelemente 114, 116 der ersten Strömungseinrichtung 110 und der zweiten Strömungseinrichtung 112 sind vorliegend zumindest näherungsweise hohlzylinderförmig ausgebildet.The
Die Wandung 122 des Rohrelements 114 der ersten Strömungseinrichtung 110 und die Wandung 124 des Rohrelements 116 der zweiten Strömungseinrichtung 112 grenzen vorzugsweise unmittelbar aneinander an.The
Die Wärmeübertragungseinrichtung 102 umfasst vorliegend ferner einen Wärmeleitkörper 126, welcher die erste Strömungseinrichtung 110 und die zweite Strömungseinrichtung 112 zumindest bereichsweise umgibt und/oder aufnimmt.In the present case, the
Mittels des Wärmeleitkörpers 126 ist vorzugsweise eine wärmeleitfähige und/oder Verbindung zwischen der Speichereinrichtung 104 und den Strömungseinrichtungen 110, 112 gebildet.By means of the heat-conducting
Der Wärmeleitkörper 126 ist insbesondere aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von 30 W/(m.K) oder mehr gebildet.The
Vorzugsweise ist der Wärmeleitkörper 126 ein Formkörper zur Aufnahme der Rohrelemente 114, 116 der ersten und zweiten Strömungseinrichtungen 110, 112.The heat-conducting
Es kann vorgesehen sein, dass der Wärmeleitkörper 126 eine Rippenstruktur aufweist, welche insbesondere einer gerichteten Wärmeleitung und/oder Wärmeübertragung dient.It can be provided that the heat-conducting
Zur Bewegung der Speichereinrichtung 104 relativ zu der Wärmeübertagungseinrichtung 102 umfasst die Wärmespeichervorrichtung 100 eine Stelleinrichtung 128.To move the
Die Stelleinrichtung 128 dient neben einer Bewegung der Speichereinrichtung 104 relativ zu der Wärmeübertragungseinrichtung 102 insbesondere einer thermischen Verbindung der genannten Elemente.In addition to moving the
Für einen verringerten Reibungswiederstand bei der Bewegung umfasst die Stelleinrichtung 128 vorzugsweise ein Zwischenmedium 130, welches insbesondere eine stoffliche Grenze zwischen der Speichereinrichtung 104 und der Wärmeübertragungseinrichtung 102 bildet.For reduced frictional resistance during movement, the adjusting
Mittels des Zwischenmediums 130 sind die Wärmeübertragungseinrichtung 102 und die Speichereinrichtung 104 vorliegend wärmeleitfähig und/oder verschiebbar miteinander verbunden.By means of the
Mittels der Stelleinrichtung 128 ist die Speichereinrichtung 104 längs einer Bewegungsrichtung 134 relativ zu der Wärmeübertragungseinrichtung 102 verschiebblich gelagert.By means of the adjusting
Ein Aufnahmebehälter 132 der Speichereinrichtung 104 zur Aufnahme des Speichermediums 106 ist vorliegend zumindest näherungsweise quaderförmig ausgebildet.A
Eine Unterseite 136 des Aufnahmebehälters 132, welche bezüglich einer Schwerkraftrichtung G ein unteres Ende der Speichereinrichtung 104 bildet, ist vorzugsweise vollflächig in thermischem Kontakt mit der Wärmeübertragungseinrichtung 102, vorliegend mittels des Zwischenmediums 130.An
Vorteilhaft kann es sein, wenn der Aufnahmebehälter 132 ein metallisches Material, beispielsweise Stahl, umfasst oder aus einem metallischen Material, beispielsweise Stahl, gebildet ist.It may be advantageous if the
Als Zwischenmedium 130 wird beispielsweise ein Wachs eingesetzt.A wax, for example, is used as the
Zur Ausbildung einer konstanten Leistungsabgabe der Wärmespeichervorrichtung 100 kann es günstig sein, wenn die Stelleinrichtung 128 eine Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung 150 umfasst.In order to achieve a constant power output of the
Die Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung 150 dient vorzugsweise einer Steuerung und/oder Regelung einer konstanten Leistungsabgabe der Wärmespeichervorrichtung 100 und/oder einer gezielten Ansteuerung von Wärmeübertragungsfunktionen zwischen den folgenden Medien:
- -
Speichermedium 106 und erstem Wärmeübertragungsmedium 118; und/oder - -
Speichermedium 106 und zweitem Wärmeübertragungsmedium 120; und/oder - -
erstem Wärmeübertragungsmedium 118 und zweitem Wärmeübertragungsmedium 120.
- -
storage medium 106 and firstheat transfer medium 118; and or - -
storage medium 106 and secondheat transfer medium 120; and or - - first
heat transfer medium 118 and secondheat transfer medium 120.
Vorzugsweise werden mittels der Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung 150 einer oder mehrere der folgenden Parameter gesteuert und/oder geregelt:
- - Geschwindigkeit einer Bewegung des
Aufnahmebehälters 132; - - im Falle von mehreren Aufnahmebehältern 132 (vgl.
6 und7 ) Geschwindigkeiten der Bewegung und Bewegungsrichtungen der Aufnahmebehälter 132 relativ zueinander; - - Strömungsgeschwindigkeit des ersten Wärmeübertragungsmediums 118;
- - Strömungsgeschwindigkeit des zweiten Wärmeübertragungsmediums 120;
- -
Temperatur des Speichermediums 106; - - Temperatur des ersten Wärmeübertragungsmediums 118;
- - Temperatur des zweiten
Wärmeübertragungsmediums 120.
- - speed of movement of the
receptacle 132; - - in the case of several receptacles 132 (cf.
6 and7 ) Speeds of movement and directions of movement of thereceptacles 132 relative to one another; - - flow velocity of the first
heat transfer medium 118; - - flow velocity of the second
heat transfer medium 120; - - Temperature of the
storage medium 106; - - temperature of the first
heat transfer medium 118; - - Temperature of the second
heat transfer medium 120.
Bei einer Linearbewegung der Speichereinrichtung 104 (vgl.
In den
Die Wärmeüberganszone 135 beschreibt eine Position während einer Bewegung der Speichereinrichtung 104 relativ zu der Wärmeübertragungseinrichtung 102, in welcher sich die Speichereinrichtung 104 bezüglich der Schwerkraftrichtung G über der Wärmeübertragungseinrichtung 102 befindet. Dies entspricht im Wesentlichen einer Draufsicht auf die Darstellung aus
In
Zur Beladung strömt das erste, vorliegend warme, Wärmeübertragungsmedium 118 durch das Rohrelement 114 der ersten Strömungseinrichtung 110.For loading, the first, in this case warm,
Das zweite Wärmeübertragungsmedium 120 ist stationär in dem Rohrelement 116 der zweiten Strömungseinrichtung 112 gelagert. Es steht im Wesentlichen bewegungslos in dem Rohrelement 116 der zweiten Strömungseinrichtung 112.The second
Beispielsweise kann eine elektrische Beladung vorgesehen sein. Hierzu wird das erste Wärmeübertragungsmedium 118 vorzugsweise mittels eines oder mehrerer Heizelemente erwärmt.For example, an electrical charge can be provided. For this purpose, the first
Bei der Bewegung des Aufnahmebehälters 132 der Speichereinrichtung 104 wird der Bereich des Speichermediums 106, welcher sich bezüglich der Schwerkraftrichtung G vorzugsweise direkt über dem Rohrelement 114 der ersten Strömungseinrichtung 1110 befindet, erwärmt.When the
Die Erwärmung erfolgt vorzugsweise durch eine Wärmeübertragung von dem ersten warmen Wärmeübertragungsmedium 118 über die Wärmeleitstruktur 126 auf das Speichermedium 106.The heating is preferably carried out by heat transfer from the first warm
Hierfür ist die Wärmeleitstruktur 126 insbesondere wärmeleitend ausgebildet.For this purpose, the heat-conducting
Aufgrund der dem Speichermedium 106 zugeführten Wärme findet vorzugsweise ein Phasenübergang des Speichermediums 106 von fest zu flüssig statt. Due to the heat supplied to the
Das Speichermedium 106 wird insbesondere durch die thermische Energie, welche von dem strömenden ersten Wärmeübertragungsmedium 118 auf das Speichermedium 106 übertragen wird, aufgeschmolzen.The
Der gepunktete Bereich des Speichermediums 106 in
Die Speichereinrichtung 104 wird zur Entladung vorzugsweise entgegen der Bewegungsrichtung 134 aus
Bei der Entladung steht das erste Wärmeübertragungsmedium 118 vorzugsweise stationär und/oder im Wesentlichen nicht strömend in dem Rohrelement 114 der ersten Strömungseinrichtung 110.During the discharge, the first
Das zweite, vorliegend kalte, Wärmeübertragungsmedium 120 durchströmt zur Entladung insbesondere das Rohrelement 116 der zweiten Strömungseinrichtung 112.The second, in this case cold,
Es wird vorzugsweise Wärme von dem Speichermedium 106 auf das zweite Wärmeübertragungsmedium 120 übertragen. Es wird hierdurch insbesondere Wärme in die Wärmeübertragungseinrichtung 102 eingekoppelt.Heat is preferably transferred from the
Das Speichermedium 106 kühlt durch die Wärmeübertragung vorliegend ab.The
Es findet vorzugsweise in einem Bereich des Speichermediums 106, welcher sich bezüglich der Schwerkraftrichtung G direkt über dem Rohrelement 116 der zweiten Strömungseinrichtung 112 befindet, vorzugsweise ein Phasenübergang von flüssig zu fest statt.A phase transition from liquid to solid preferably takes place in an area of the
Eine Wärmeübertragung auf das erste Wärmeübertragungsmedium 118 ist vorzugsweise entbehrlich. Hierdurch kann eine Differenz zwischen einer Maximaltemperatur, mit welcher das Speichermedium 106 beladen wird, und einer Maximaltemperatur von während der Entladung abgegebene Wärme reduziert werden. Dies kann eine Effizienz der Wärmespeichervorrichtung verbessern.Heat transfer to the first
In
Hierbei durchströmt das erste kalte Wärmeübertragungsmedium 118 das Rohrelement 114 der ersten Strömungseinrichtung 110 und das zweite warme Wärmeübertragungsmedium 120 durchströmt das Rohrelement 116 der zweiten Strömungseinrichtung 112.Here, the first cold
Zur Ausbildung einer Wärmeübertragung zwischen dem ersten Wärmeübertragungsmedium 118 und dem zweiten Wärmeübertragungsmedium 120 bleibt die Position der Speichereinrichtung 104 relativ zu der Wärmeübertragungseinrichtung 102 vorliegend im Wesentlichen unverändert.In order to form a heat transfer between the first
Ein in
Der Aufnahmebehälter 132 mit dem Speichermedium 106 wird hierzu entgegen der Bewegungsrichtung 134 aus
Im Übrigen stimmt der in
Eine in
In
An einem Innenumfang des Aufnahmebehälters 132 ist vorzugsweise in einem entladenen Zustand Speichermedium 106 in festem Zustand angeordnet und/oder lagert sich dort ab (nicht dargestellt).On an inner circumference of the
Der Aufnahmebehälter 132 ist vorzugsweise zumindest näherungsweise zylinderförmig, insbesondere hohlzylinderförmig, beispielsweise zumindest näherungsweise hohlkreiszylinderförmig, ausgebildet.The
Eine Längsmittelachse des Aufnahmebehälters 132 ist vorzugsweise parallel zu den Haupterstreckungsrichtungen 105, 107 der Rohrelemente 114, 116 der ersten und/oder zweiten Strömungseinrichtung 118, 120 angeordnet.A longitudinal central axis of the
Insbesondere ist die Längsmittelachse des Aufnahmebehälters 132 parallel zu oder identisch mit der Drehachse 140.In particular, the longitudinal center axis of the
Die Drehachse 140 ist insbesondere zumindest näherungsweise parallel zu Haupterstreckungsrichtungen 105, 107 der Rohrelemente 114, 116 der ersten Strömungseinrichtung 110 und/oder zweiten Strömungseinrichtung 112 ausgerichtet.The axis of
Der Wärmeleitkörper 126 bildet vorliegend eine Aufnahmevorrichtung für den Aufnahmebehälter 132 der Speichereinrichtung 104 und/oder hält den Aufnahmebehälter 132 von unten.In the present case, the heat-conducting
Insbesondere bildet eine dem Aufnahmebehälter 132 zugewandte äußere Oberfläche des Wärmeleitkörpers 126 eine Auflagefläche für den Aufnahmebehälter 132. Die dem Aufnahmebehälter 132 zugewandte äußere Oberfläche ist vorzugsweise gewölbt und/oder rinnenförmig und/oder wannenförmig ausgebildet.In particular, an outer surface of the heat-conducting
Die dem Aufnahmebehälter 132 zugewandte äußere Oberfläche bildet insbesondere eine Kontaktfläche 138 des Wärmeleitkörpers 126 zu der Wandung 142 des Aufnahmebehälters 132. Der Kontakt besteht vorliegend mittels des Zwischenmediums 130.The outer surface facing the
Die Kontaktfläche 138 beträgt vorliegend ca. 15 % oder mehr, insbesondere ca. 20 % oder mehr, einer geometrischen Gesamtoberfläche der Wandung 142 des Aufnahmebehälters 132.In the present case, the
Insbesondere beträgt die Kontaktfläche 138 ca. 50 % oder weniger, beispielsweise ca. 30 % oder weniger, einer geometrischen Gesamtoberfläche der Wandung 142 des Aufnahmebehälters 132.In particular, the
Vorliegend stehen Wandungen 122, 124 der ersten Strömungseinrichtung 110 und/oder der zweiten Strömungseinrichtung 112 mittels des Zwischenmediums 130 in thermischem Kontakt mit einer Wandung 142 des Aufnahmebehälters 132 der Speichereinrichtung 104.In the present case,
Insbesondere sind die Wandungen 122, 124 der ersten Strömungseinrichtung 110 und der zweiten Strömungseinrichtung 112 in direktem stofflichem Kontakt miteinander.In particular, the
Alternativ kann vorgesehen sein, dass jeweils zwischen den genannten Elementen ein Bereich des Wärmeleitkörpers 126 angeordnet ist.Alternatively, it can be provided that a region of the heat-conducting
Im Übrigen stimmt die in
Eine in
Der Wärmeleitkörper 126 umfasst vorliegend einen ersten Teil 144 und einen zweiten Teil 146, welche beide vorzugsweise gewölbt ausgebildet sind und jeweils eine Aufnahmevorrichtung für einen der Aufnahmebehälter 132 der Speichereinrichtung 104 bilden.In the present case, the heat-conducting
In beiden Aufnahmebehältern 132 ist vorzugsweise Speichermedium 106 aufgenommen. Die Drehachsen 140 sind vorzugsweise parallel zueinander angeordnet.
Der erste Teil 144 und der zweite Teil 146 des Wärmeleitkörpers 126 grenzen in einem Bereich zwischen den Aufnahmebehältern 132 der Speichereinrichtung 104 vorzugsweise aneinander an oder sind aneinander festgelegt. The
Zwischen dem ersten Teil 144 und dem zweiten Teil 146 des Wärmeleitkörpers 126 sind vorzugsweise die Rohrelemente 114, 116 der ersten Strömungseinrichtung 110 und/oder der zweiten Strömungseinrichtung 112 aufgenommen.The
Es kann vorgesehen sein, dass der erste Teil 144 und der zweite Teil 146 als separate Bauteile hergestellt werden und anschließend miteinander verbunden werden.It can be provided that the
Alternativ kann der Wärmeleitkörper 126 auch einteilig hergestellt sein und/oder werden.Alternatively, the heat-conducting
Vorliegend grenzen Wandungen 122, 124 der ersten Strömungseinrichtung 110 und/oder der zweiten Strömungseinrichtung 112 beidseitig mittels des Zwischenmediums 130 an Wandungen 142 der Aufnahmebehälter 132 an.In the present case,
Die Aufnahmebehälter 132 der Speichereinrichtung 104 sind mittels der Stelleinrichtung 128 vorzugsweise in die gleiche Richtung oder in entgegengesetzte Richtungen drehbar.The
In
In der in
Insbesondere betragen die Kontaktflächen 138 jeweils ca. 40 % oder mehr, beispielsweise ca. 50 % oder mehr, bezogen auf die geometrische Gesamtoberfläche der jeweiligen Wandung 142 des Aufnahmebehälters 132.In particular, the contact surfaces 138 each amount to approximately 40% or more, for example approximately 50% or more, based on the overall geometric surface of the
Die Aufnahmebehälter 132 weisen vorzugsweise das gleiche Volumen auf und/oder sind hinsichtlich Form und/oder Material identisch.The
Für eine gleichmäßige Entladung kann es günstig sein, wenn jeweils ein Verdrängerkörper in den Aufnahmebehältern 132 angeordnet ist.For a uniform discharge, it can be advantageous if one displacer body is arranged in the receiving
Im Übrigen stimmt die in
Neben der aufgezeigten Flexibilität und unterschiedlichen Zuständen zum Betrieb der Wärmespeichervorrichtung 100 und/oder einer gesteigerten Effizienz ermöglicht die Wärmespeichervorrichtung 100 vorzugsweise einen kompakteren Aufbau und/oder eine Reduzierung von thermischen Verlusten an eine Umgebung der Wärmespeichervorrichtung 100.In addition to the flexibility shown and different states for operating the
BezugszeichenlisteReference symbol list
- 100100
- WärmespeichervorrichtungHeat storage device
- 102102
- WärmeübertragungseinrichtungHeat transfer device
- 104104
- SpeichereinrichtungStorage facility
- 105105
- HaupterstreckungsrichtungMain direction of extension
- 106106
- Speichermediumstorage medium
- 107107
- HaupterstreckungsrichtungMain direction of extension
- 110110
- erste Strömungseinrichtungfirst flow device
- 112112
- zweite Strömungseinrichtungsecond flow device
- 114114
- RohrelementPipe element
- 116116
- RohrelementPipe element
- 118118
- erstes Wärmeübertragungsmediumfirst heat transfer medium
- 120120
- zweites Wärmeübertragungsmediumsecond heat transfer medium
- 122122
- Wandungwall
- 124124
- Wandungwall
- 126126
- WärmeleitkörperHeat conducting body
- 128128
- StelleinrichtungAdjusting device
- 130130
- ZwischenmediumIntermediate medium
- 132132
- AufnahmebehälterReceptacle container
- 134134
- BewegungsrichtungDirection of movement
- 135135
- WärmeübergangszoneHeat transfer zone
- 136136
- Unterseitebottom
- 138138
- KontaktflächeContact surface
- 140140
- DrehachseAxis of rotation
- 142142
- Wandungwall
- 144144
- erster Teilfirst part
- 146146
- zweiter Teilsecond part
- 150150
- Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtung Control and/or regulation device
- GG
- SchwerkraftrichtungGravity direction
Claims (14)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102019207965.2A DE102019207965B4 (en) | 2019-05-29 | 2019-05-29 | Heat storage device and method for storing and/or providing heat |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102019207965.2A DE102019207965B4 (en) | 2019-05-29 | 2019-05-29 | Heat storage device and method for storing and/or providing heat |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102019207965A1 DE102019207965A1 (en) | 2020-12-03 |
DE102019207965B4 true DE102019207965B4 (en) | 2024-01-25 |
Family
ID=73264703
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102019207965.2A Active DE102019207965B4 (en) | 2019-05-29 | 2019-05-29 | Heat storage device and method for storing and/or providing heat |
Country Status (1)
Country | Link |
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Citations (6)
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-
2019
- 2019-05-29 DE DE102019207965.2A patent/DE102019207965B4/en active Active
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Also Published As
Publication number | Publication date |
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DE102019207965A1 (en) | 2020-12-03 |
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R016 | Response to examination communication | ||
R082 | Change of representative |
Representative=s name: DTS PATENT- UND RECHTSANWAELTE SCHNEKENBUEHL U, DE |
|
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division |