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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fluidsystem für Redox-Flow-Batterien gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Stand der Technik
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Eine Redox-Flow-Batterie ist eine Sekundärbatterie mit flüssigem Speichermedium. Das Speichermedium in Form zweier Elektrolytlösungen wird in externen Reservoirs vorgehalten und über mindestens zwei separate Fluidkreisläufe durch den elektrochemischen Wandler der Batterie gefördert. Gemäß dem Stand der Technik werden für Redox-Flow-Batteriesysteme wie auch im chemischen Anlagenbau, Zentrifugalkreiselpumpen zur Förderung des Speichermediums eingesetzt (siehe z.B. Tokuda SEI Technical Review Nr. 50 Juni 2000 S. 88ff). Diese weisen jedoch einen niedrigen Gesamtwirkungsgrad (Hydraulik, Motor, Frequenzumrichter) auf und stellen keine Barriere für Shunt-Ströme durch das Leitungssystem dar. Die Verluste durch den Betrieb der Pumpen und der Shunt-Ströme im Batteriesystem liegen mindestens im oberen einstelligen Prozentbereich (vgl. z.B.
US 10,074,859 B2 ). Die Verluste durch den Pumpenbetrieb sind dabei entscheidend von der Effizienz der eingesetzten Pumpen abhängig. Überdies werden Pumpverluste in Reibungswärme im Elektrolyten umgesetzt, die diesem im Falle einer zu starken Erwärmung mit entsprechendem Aufwand wieder entzogen werden muss.
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Es werden im Stand der Technik bereits unterschiedliche Lösungsvorschläge unterbreitet, die vorgenannte Verluste in Redox-Flow-Batterien reduzieren sollen, wie bspw. in der
DE 11 2014 005 149 T5 , der
EP 2 725 648 B1 , der
DE 10 2018 002 746 A1 , der
US 2012/308 856 A1 , der
US 10 074 859 B2 oder in der
JP S62176065 A . Solche Ansätze sind allerdings in technischer Hinsicht teils enorm aufwendig und regelmäßig wenig effektiv.
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In der
DE 11 2014 005 149 T5 wird ein Flussbatteriesystem beschrieben, das mindestens einen Sensor, eine Pumpe für einen Elektrolyt und eine entsprechende speicherprogrammierbare Steuerung umfasst, welches dazu ausgelegt ist mit Transport des Speichermediums zusammenhängende Leistungsverluste in Form von sich ausbildenden Totzonen zu minimieren. Dazu wird die Pumpe auf einer niedrigeren Förderleistung betrieben und im Bedarfsfall pulsartig auf eine höhere Förderleistung eingestellt, um die Gesamtenergieeffizienz des Flussbatteriesystems zu erhöhen.
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Die Patentschrift
EP 2 725 648 B1 zeigt eine Redox-Flussbatterie, bei der eine Ladeleitung und eine Entladeleitung mit einer gemeinsamen Leitung verbunden sind und jeweils mit einer Pumpe versehen sind, um den Elektrolyt aus unterschiedlichen Bereichen eines Tanks zu entnehmen und durch Druck zu übertragen.
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Die
DE 10 2018 002 746 A1 betrifft ein Fluidsystem für eine Redox-Flow-Batterie gemäß dem Oberbegriff des vorliegenden Patentanspruchs 1, welches pro Fluidkreislauf einer Redox-Flow-Batterie aus mindestens zwei Behältern zur Aufnahme eines fluidartigen Speichermediums sowie mindestens einem die mindestens beiden Behälter verbindenden Leitungssystem und wenigstens einer Pumpe zur Beförderung des fluidartigen Speichermediums von einem zweiten Behälter zu einem ersten Behälter gebildet ist, wobei die ausreagierten Elektrolyten getrennt von den noch geladenen in den als Pumpe wirkenden Behältern zwischengelagert werden, wodurch sich sehr geringe Verluste durch die Elektrolytförderung ergeben sollen, was die Gesamteffizienz erhöht.
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Shunt-Ströme sind unerwünschte Nebenschlussströme über das hydraulische System einer Redox-Flow-Batterie und stellen einen Verlust- und Alterungsmechanismus dar. Je höher die Spannung des Wandlers ist, desto größer sind auch die Shunt-Ströme. Maßnahmen, um sie lokal zu unterbinden, sind in der Literatur bereits in einigen Ansätzen für Redox-Flow-Batteriesysteme bekannt - z.B.
US 2012/308 856 A1 .
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In der
US 2012/308856 A1 ist eine Redox-Flow-Batterie beschrieben, mittels der Nebenschlussströme in dem elektrochemischen System mit flüssigen Elektrolyten dadurch reduziert werden, dass Nebenschlusswiderstände in Elektrolytströmungspfaden angeordnet werden. Gemäß einer besonderen Ausführungsform dieser Erfindung sind die Nebenschlusswiderstände als peristaltische Pumpen ausgebildet.
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Aus der Patentschrift
US 10 074 859 B2 ist ein System zur Minderung der Nebenschlussströme in Redox-Flow-Batterien bekannt, dass eine Leitung, die mindestens einen Teil eines elektrisch leitenden Pfades zwischen einem ersten und einem zweiten Wandler bereitstellt, umfasst, wobei die Leitung mindestens eine als Schleife konfigurierte Vorrichtung zur Unterdrückung des Nebenschlussstroms enthält.
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In der
JP S62176065 A ist eine ins Leitungssystem einer Redox-Flow-Batterie einzubringende Vorrichtung bestehend aus zwei Flüssigkeitskammern, die abwechselnd deren elektrisch voneinander isolierten Innenvolumina zumindest teilweise durch Vergrößern und Verkleinern des Innenvolumens einer Flüssigkeitskammer bewegt und somit in Verbindung mit den entsprechenden Ventilen eine Unterbrechung für Shunt-Ströme darstellt, beschrieben.
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Zumeist gehen diese Ansätze mit der Notwendigkeit eines zusätzlichen Bauteils oder im Falle der Shunt-Strom-Unterdrückung gar mit einem Effizienzverlust für das Gesamtsystem einher. Weiterhin besteht der Wandler einer Redox-Flow-Batterie aus mehreren Zellen in denen wiederum jeweils zwei Fluidkreisläufe untergebracht sind, welche von dünnen Folien (Membran und Bipolarelement / Elektrode) flüssigkeitsdicht voneinander getrennt werden. Die Struktur des Wandlers, insbesondere aber die vorgenannten Folien dürfen durch ungleiche Bedruckung der beiden Fluidkreisläufe keinen Schaden nehmen. Daher ist ein entsprechender Aufwand zur Regelung der auf den Wandler wirkenden Drücke und zur Verhinderung von Druckstößen notwendig.
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Die regelmäßig eingesetzten Zentrifugalkreiselpumpen in Redox-Flow-Batteriesystemen arbeiten mit hohen Drehzahlen (>> 1000 Umdrehungen pro Minute) und können durch die Förderung von entsprechend großen Partikeln Schaden nehmen. Sollte es durch die in der Redox-Flow-Batterie eingesetzte Batteriechemie zu Präzipitaten oder Agglomeraten kommen können, sind hier zum Schutze des Systems Filter einzubauen.
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Üblicherweise werden Redox-Flow-Batterie mit einem Staudruck von über 0,5 bar, oft auch über 1,0 bar betrieben, was eine entsprechende Belastung bzw. Auslegung des Strukturmaterials des Wandlers und des Fluidsystems erfordert. Vorteilhaft wäre ein Betrieb mit niedrigeren Drücken (<< 0,5 bar).
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Darstellung der Erfindung
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fluidsystem für Redox-Flow-Batterien zu schaffen, das die vorgenannten Nachteile ausräumt und das geeignet ist, eine hocheffiziente Fluidförderung sowie eine Shunt-Strom-Unterdrückung zu gewährleisten, die gleichzeitig eine exakte Druckregelung, eine hohe Lebensdauer und Robustheit erreicht.
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Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Fluidsystems sind in den abhängigen Unteransprüchen angegeben.
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Das vorliegende Fluidsystem für Redox-Flow-Batterien besteht pro Fluidkreislauf aus mindestens zwei Behältern, welche als Tank, Leitung, Rohr oder eine andere einen Hohlraum aufweisende und wie auch immer ausgebildete Aufnahme oder Behältnis ausgebildet sein können und die zur Aufnahme eines fluidartigen Speichermediums ausgebildet sind, wobei mindestens ein die mindestens beiden Behälter verbindendes Leitungssystem mit wenigstens einer Pumpe zur Beförderung des fluidartigen Speichermediums von einem Behälter zum anderen Behälter vorgesehen ist, wobei die Pumpe aus einer in einem rohr- oder behälterartigen Behältnis aufgenommenen und mittels eines Motors angetriebenen Förderschnecke gebildet ist. Das Fluidsystem ermöglicht die Förderung des Speichermediums durch einen Wandler.
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Erfindungsgemäß ist ein Fluidsystem der eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet, dass die Förderschnecke im Vor- und/oder Rücklauf des Fluidsystems als Hebewerk für das fluidartige Speichermedium eingebunden ist, welche das fluidartige Speichermedium aus einem niedriger gelegenen Fluidniveau in einem zweiten Behälter in ein höher gelegenes Fluidniveau in einen ersten Behälter hebt.
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Ganz besonders bevorzugt wird dabei der Schweredruck durch die geodätische Höhe zwischen dem Fluidniveau in einem ersten Behälter und dem Fluidniveau in einem zweiten Behälter oder zwischen dem Fluidniveau in einem ersten Behälter und dem Fluidniveau in einem weiteren Behälter oder zwischen dem Fluidniveau in einem ersten Behälter und dem Fluidniveau des Rücklaufs des Leitungssystems, welcher gegebenenfalls nur teilweise über den gesamten Leitungsquerschnitt gefüllt ist und nicht unter das Fluidniveau des untersten Behälters führt (kommunizierende Röhren), zur Förderung des fluidartigen Speichermediums eingesetzt.
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Der Einsatz einer Förderschnecke ermöglicht eine deutlich höhere Effizienz bei der Fluidförderung. Diese kann mehr als doppelt so hoch wie bei einer vergleichbaren Zentrifugalkreiselpumpe sein. Die damit verbundene Auswirkung auf die Gesamteffizienz liegt im einstelligen Prozentbereich. Bei gleichgesetzter Gesamteffizienz kann damit ein Leistungszugewinn in der Größenordnung von 10% für das gesamte Batteriesystem durch einen erweiterten Betriebsbereich des Wandlers realisiert werden. Alternativ bedeutet eine höhere Effizienz einen geringeren Wärmeeintrag in das System, insbesondere in das Speichermedium, und damit eine geringere Kühllast.
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In der erfindungsgemäß ausgeführten Förderschnecke sind die einzelnen Fluidportionen auf ihrem Weg durch die Schraube voneinander separiert, so dass keine elektrische Verbindung zwischen ihnen besteht. Dadurch wirkt die Förderschnecke auch als elektrische Unterbrechung des Fluidkreislaufs und es können keine Shunt-Ströme fließen. Dies hat ebenfalls zur Folge, dass in der Schraube weder in Betrieb noch Stillstand ein Abfluss des Fluids auftritt, welcher die hydraulische Effizienz der Förderschnecke insbesondere im Teillastbetrieb deutlich reduzieren würde. Ist ein Wandler mit mehreren derart ausgeführten Fluidverbindungen in Vor- und Rücklauf ausgestattet, so können die einzelnen, separat mit Elektrolyt versorgten Zellblöcke ohne erhöhte Verluste und Alterung durch Shunt-Ströme elektrisch in Serie geschaltet werden und somit einen Wandler hohe Spannung (z.B. > 1000 V) darstellen. Dies ermöglicht für das Batteriesystem weiterhin die Einsparung von DC-DC-Wandlern für niedrigere Spannungsniveaus (z.B. < 200 V).
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In dem erfindungsgemäß ausgeführten Fluidsystem werden die flüssigen Speichermedien durch einen hydrostatischen Druck gefördert. Dieser entsteht durch eine Höhendifferenz zwischen Vorlauf und Rücklauf für das Fluidsystem über den Wandler. Das obere Fluidniveau wird direkt aus einem ersten Behälter gebildet, der bspw. auch ein Zwischenbehälter/- speicher sein kann. Durch die gezielte Einstellung der Fluidniveaus der Elektrolyte auf positiver und negativer Seite durch Design (z.B. Anordnung der Behälter in Bezug auf ihre Höhe) oder Betriebsführung (z.B. Einstellung der Füllhöhe) kann der am Wandler anliegende Staudruck bzw. die auf ihn zwischen den beiden Kreisläufen wirkende Druckdifferenz mit einer Schwankungsbreite von wenigen mbar erzielt werden.
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Dies bedeutet eine geringe mechanische Belastung des Wandlers und ermöglicht zudem den Einsatz mikroporöser Membranen, da durch die geringe Druckdifferenz die Querströmung durch die Membran vernachlässigbar klein wird.
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Die erfindungsgemäße Förderschnecke ist ein robustes Hebewerk und im Gegensatz zu Stand der Technik Zirkulationskreiselpumpen unempfindlich gegen die Förderung von Partikeln. Zusätzlich wird sie bei deutlich geringerer Drehzahl betrieben, womit ein geringerer Verschleiß und damit eine längere Lebensdauer einhergeht. Durch die Wirkung der Förderschnecke als Shunt-Strom-Unterdrückung reduziert sie überdies eine Alterung durch die mit Shunt-Strömen verbundene Korrosion, wodurch das gesamte Batteriesystem robuster wird. In diesem Zusammenhang wird auch die Sicherheit des Systems erhöht, da mit Förderschnecken im Vor- und Rücklauf nur der Wandler und die Elektrolytmenge in seiner Umgebung potentialführend sind.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Fluidsystems ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen.
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Figurenliste
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- 1 eine Darstellung des erfindungsgemäßen Fluidsystems mit Förderschnecke - hermetisch dicht mit Magnetkupplung und Motor;
- 2 eine Darstellung der Systemarchitektur eines Fluidkreislaufs mit einer Förderschnecke im Vorlauf;
- 3 eine Darstellung der Systemarchitektur eines Fluidkreislaufs mit einer Förderschnecke im Rücklauf;
- 4 eine Darstellung der Systemarchitektur eines Fluidkreislaufs mit einer Förderschnecke im Vorlauf und im Rücklauf;
- 5 eine Darstellung der Systemarchitektur eines Fluidkreislaufs mit einer Förderschnecke im Vorlauf und im Rücklauf - alternative Ausführung mit zwei gleich langen Förderschnecken;
- 6 einen Gruppenantrieb mehrerer Förderschnecken - mechanische Kopplung im Außenbereich;
- 7 einen Gruppenantrieb mehrerer Förderschnecken - mechanische Kopplung im gemeinsamen Innenbereich;
- 8 eine mechanische Kopplung zweier oder mehrerer gleich ausgerichteter, aber versetzt liegender Förderschnecken;
- 9 eine mechanische Kopplung zweier oder mehrerer unterschiedlich ausgerichteter und versetzt liegender Förderschnecken.
- 10 eine Darstellung mehrere Fluidsysteme, welche über ein gemeinsames Reservoir hydraulisch miteinander verbunden sind, zur separaten Speisung mehrerer elektrisch in Serie geschalteter Wandler.
- 11 eine Darstellung geeigneter Formen für die erfindungsgemäße Förderschnecke (Förderrohr, geschlossene Mantelschnecke, Förderprofil).
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Ausführung der Erfindung
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Förderschnecke 1101, die weiterhin in einer Einhausung 1100 (z.B. Hüllrohr, Gehäuseelement, Tankbehälter etc.) untergebracht und hermetisch dicht mit einer Magnetkupplung nach außen zur Übertragung der Antriebskraft gekoppelt ist. Die Förderschnecke 1101 weist vorzugsweise die Form einer zweigängigen Förderrohr-Helix auf. Die Förderschnecke 1101 wird vorteilhafterweise gelagert durch ein oberes Lager 1106 und ein unteres Lager 1107; den Antrieb bildet ein Motor 1103 über eine Magnetkupplung 1102. Die Förderschnecke 1101 verbindet einen unten liegenden zweiten Behälter 10" mit einem oben liegenden ersten Behälter 10'. Beide Behälter 10', 10" sind idealerweise möglichst flach ausgeführt. Durch die Magnetkupplung 1102 und die Einhausung 1100 kann das Fluidsystem 1 hermetisch dicht betrieben werden, so dass die Speichermedien vor Luftsauerstoff geschützt werden. Eine hinreichend kurze bzw. steife Förderschnecke 1101 kann einseitig gelagert werden, entweder durch ein oberes Lager 1106, oder durch ein unteres Lager 1107.
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Die Förderschnecke 1101 kann einerseits dargestellt werden durch mindestens einen helixförmig aufgewickelten Schlauch oder ein aufgewickeltes Rohr (z.B. rund oder rechteckig) oder Profil (z.B. L-Profil, U-Profil), welches mit oder ohne Kern- oder Mantelrohr ausgeführt ist. Die Förderschnecke 1101 kann auch durch ein verdrehtes Extrusionsprofil (z.B. ein doppelwandiges Rohr mit Zwischenwänden) gebildet werden.
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Erfindungsgemäß hat die Förderschnecke 1101 eine derartige Form, dass sich benachbarte Fluidelemente im Förderbereich nicht gegenseitig berühren bzw. elektrisch kontaktieren. Dies schließt die Verwendung einer mit Schaufeln ausgestatteten und in einem offenen Trog oder Mantelrohr laufenden Förderschnecke 1101 vorzugsweise aus. Weiterhin bestehen die medienberührenden Teile der Förderschnecke aus einem elektrisch isolierend wirkdenden, chemisch beständigen Material.
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Die Förderschnecke 1101 kann beispielsweise aus einem thermoplastischen Werkstoff wie Polyethylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid oder Polyvinylidenchlorid bestehen.
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2 zeigt ein erfindungsgemäßes Fluidsystem 1, welches aus einem oder mehreren miteinander verbundenen Behältern 10', 10" besteht, das über ein Leitungssystem 11 an einem oder mehreren Wandlern 2 angeschlossen ist. Das Fluidsystem 1 ist hier im Vorlauf durch eine Förderschnecke 1101 als Hebewerk für das fluidartige Speichermedium verbunden, welche aus dem zweiten Behälter 10" in einen als Zwischenbehälter ausgebildeten ersten Behälter 10' fördert, von wo aus das fluidartige Speichermedium über das Leitungssystem 11 in einen Wandler 2 läuft. Der Zwischenbehälter-/speicher 10' kann beliebig groß sein oder einfach nur aus einem Rohrsystem bestehen und in Bezug auf sein Volumen vorzugsweise eine geringere Dimensionierung als der zweite Behälter 10" aufweist. Die geodätische Höhe H zwischen dem Fluidniveau F' in dem ersten Behälter 10' und dem Fluidniveau F" in dem zweiten Behälter 10" erzeugt den zur Förderung des Fluids genutzten Schweredruck. In diesem Systemaufbau gemäß 2 wird die hohe Fördereffizienz der Förderschnecke 1101 für das Batteriesystem genutzt.
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Um die erforderliche Raumhöhe für den Systemaufbau zu erhalten, können die Behälter 10" in einem tiefer liegenden Level bzw. Stockwerk als die Förderschnecke 1101 oder der Wandler 2 untergebracht werden.
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Das Fluidsystem 1 ist in 3 im Rücklauf durch eine Förderschnecke 1101 als Hebewerk für das fluidartige Speichermedium verbunden, welche aus einem als Zwischenbehälter-/speicher ausgebildeten Behälter 10" schöpft. Der Zwischenbehälter 10" kann beliebig groß sein oder einfach nur aus einem Rohrsystem bestehen, wobei der Zwischenbehälter-/speicher 10" in Bezug auf sein Volumen vorzugsweise eine geringere Dimensionierung als der erste Behälter 10' aufweist. Die geodätische Höhe H zwischen dem Fluidniveau in einem ersten Behälter 10' und im gezeigten Fall dem Fluidniveau des Rücklaufs des Leitungssystems R, welches auf der Höhe liegt, bis zu der die Leitung noch vollständig über den gesamten Leitungsquerschnitt mit fluidartigem Speichermedium gefüllt ist (kommunizierende Röhren), erzeugt hierbei den zur Förderung des Fluids genutzten Schweredruck.
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Die 4 und 5 zeigen unterschiedliche Ausführungen des erfindungsgemäßen Fluidsystems 1, bei dem mindestens ein dritter Behälter 10''' vorgesehen ist, welcher als Zwischenbehälter-/speicher für das fluidartige Speichermedium ausgebildet ist, der in Bezug auf sein Volumen eine geringere Dimensionierung als der zweite Behälter 10" aufweist, wobei einer der beiden Behälter 10', 10''' dem zweiten Behälter 10" vorgeschaltet und der andere der beiden Behälter 10', 10''' dem zweiten Behälter 10" nachgeschaltet ist.
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Das fluidartige Speichermedium wird zunächst mit einer Förderschnecke 1101 in den ersten Zwischenbehälter 10' gehoben, von dem aus es durch das Leitungssystem 11 und den Wandler 2 in einen weiteren Zwischenbehälter 10''' läuft. Von dort wird es mit einer weiteren Förderschnecke 1101 zurück in den zweiten Behälter 10" gehoben. Die Zwischenbehälter 10', 10''' können beliebig groß sein oder einfach nur aus einem Rohrsystem bestehen. Die geodätische Höhe H erzeugt den zur Förderung des fluidartigen Speichermediums genutzten Schweredruck. Die Aufteilung der Längen der Förderschnecke 1101 zur Erreichung der Förderhöhe H kann beliebig sein.
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Mit dem Systemaufbau in 4 kann die benötigte Höhe des Batteriesystems durch eine an die Behälterhöhe angepasste Dimensionierung der jeweiligen Förderschnecken 1101 reduziert werden.
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Mehrere der in den 1 bis 5 dargestellten Förderschnecken 1101 können miteinander mechanisch gekoppelt werden: z.B. über einen Zahnriemen an der Welle zum Motor im Außenbereich oder an den Wellen im Inneren der Einhausung, oder durch direkt am Kernrohr oder Förderrohrmantel der Förderschnecke angebrachte Zahnräder oder Zahnriemen etc.
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Weiterhin kann der in den 2 bis 5 dargestellte Wandler 2 mit anderen Wandlern, angeschlossen an separaten Fluidkreisläufen, elektrisch in Serie geschaltet werden. Um den damit verbundenen Anstieg der Shunt-Ströme zu unterbinden, werden im Systemaufbau gemäß 3 eine entsprechende Behälteraufteilung (z.B. unterteilt durch Zwischenwände) oder mehrere separate Behälter 10', 10" in gleicher Zahl wie die korrespondierenden, in Serie verschalteten Wandler 2 vorgesehen.
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Im Systemaufbau gemäß 2 kann auch ein fallender Fluidstrom im Behälterrücklauf unterbrochen werden (z.B. über alternierend volllaufende Zwischenkavitäten im Fluidstrom bspw. wie ein japanisches Wasserspiel).
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Die Ausführung des Systemaufbaus gemäß 4 und 5 begrenzt das Potential eines Wandlers und damit die auftretenden Shunt-Ströme von sich aus auf den Fluidbereich in und um einen Wanlder 2. Damit können derart ausgeführte, für eine beliebige Zahl an Wandlern 2 separate Fluidkreisläufe an einem gemeinsamen Reservoir angeschlossen werden.
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Die 6 bis 9 zeigen jeweils eine erfindungsgemäße Gruppe von Förderschnecken 1101, die über entsprechende Antriebs-/Verbindungsmittel 1104 zum gemeinsamen Antrieb mehrerer Förderschnecken 1101 mechanisch miteinander gekoppelt sind.
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Bei der in 6 dargestellten Ausführung des Fluidsystems 1 verfügen die einzelnen Förderschnecken 1101 jeweils über eine eigene Einhausung 1100 und über jeweilseine Magnetkupplung 1102 (mit Lagerung 1106). Die Förderschnecken 1101 dieser Gruppe sind mechanisch miteinander gekoppelt und werden von ein und demselben Motor 1103 angetrieben. Die mechanische Kopplung kann dabei mittels Riemen, Kette, Zahnrädern, Kardanwelle oder dergleichen geartete Antriebs-/Verbindungsmittel 1104 erfolgen. Zur Förderung unterschiedlicher fluidartiger Speichermedien kann über entsprechende mechanische Mittel der jeweils geförderte Volumenstrom zumindest näherungsweise unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Eigenschaften der beiden Speichermedien einstellbar sein, wobei die Einstellung bspw. mittels unterschiedlicher Zahnrad- oder Riemenradübersetzungen oder durch ein Riemengetriebe oder ähnliches erfolgen kann. Erfindungsgemäß kann hierbei selbstverständlich eine beliebige Anzahl an Förderschnecken 1101 in einer Gruppe zusammengefasst und gemeinsam angetrieben werden.
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Bei der in 7 dargestellten Ausführung des Fluidsystems 1 sind mehrere Förderschnecken 1101 innerhalb einer gemeinsamen Einhausung 1100 untergebracht, wobei auch hier die Förderschnecken 1101 gleiche oder unterschiedliche fluidartige Speichermedien fördern können. Der Antrieb erfolgt hierbei vorteilhafterweise über einen Motor 1103, eine Magnetkupplung 1102 sowie eine im Inneren der Einhausung liegende, mechanische Kopplung 1104 (z.B. Zahnriemen, Zahnräder etc.).
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Durch die innen liegende Kopplung kann auf eine Magnetkupplung 1102 an nachrangig angetriebenen Förderschnecken 1101 verzichtet werden - hier werden dann lediglich Lager 1106 vorgesehen.
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Die 8 und 9 zeigen ein Fluidsystem, bei dem mehrere Förderschnecken 1101 vorgesehen sind, welche gleichermaßen oder unterschiedlich ausgerichtet und versetzt angeordnet sind, wobei eine zusätzliche mechanische Kopplung über eine weitere mechanische Komponente 1105 erfolgt.
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Wie aus 10 ersichtlich, kann das erfindungsgemäße Fluidsystem mit weiteren Fluidsystemen 1 hydraulisch verbunden sein und diese Fluidsysteme zur separaten Speisung mehrerer elektrisch in Serie geschalteter Wanlder 2 ein gemeinsames Reservoir bilden.
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11 zeigt in Schnittansicht Beispiele geeigneter Formen für das Förderrohr bzw. Förderprofil der erfindungsgemäßen Förderschnecke 1101. Förderrohr bzw. Förderprofil können geschlossen oder nach oben offen ausgeführt werden, solange eine Separierung der geförderten Fluidportionen bei ihrem Durchgang durch die Förderschnecke 1101 gewährleistet ist.
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Das erfindungsgemäße Fluidsystem 1 beschränkt sich in seiner Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsformen. Vielmehr sind eine Vielzahl von Ausgestaltungsvariationen denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteter Ausführung Gebrauch machen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fluidsystem
- 2
- Wandler
- 10'
- erster Behälter (Zwischenbehälter)
- 10''
- zweiter Behälter (Zwischenbehälter)
- 10'''
- weiterer Behälter (Zwischenbehälter)
- 11
- Leitungssystem
- 110
- Pumpe
- 1100
- Einhausung
- 1101
- Förderschnecke
- 1102
- Magnetkupplung
- 1103
- Motor
- 1104
- Antriebs-/Verbindungsmittel
- 1105
- mechanische Kopplung / weitere Komponente
- 1106
- oberes Lager
- 1107
- unteres Lager
- F'
- höher gelegenes Fluidniveau im ersten Behälter
- F''
- niedriger gelegenes Fluidniveau im zweiten Behälter
- F'''
- noch niedriger gelegenes Fluidniveau eines weiteren Behälters
- R
- Fluidniveau in einem teilgefüllten Rücklauf des Leitungssystems
- H
- geodätische Höhe
