EP3084875A1 - Modul mit fluidenergiemaschine - Google Patents

Modul mit fluidenergiemaschine

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Publication number
EP3084875A1
EP3084875A1 EP15707910.4A EP15707910A EP3084875A1 EP 3084875 A1 EP3084875 A1 EP 3084875A1 EP 15707910 A EP15707910 A EP 15707910A EP 3084875 A1 EP3084875 A1 EP 3084875A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fluid
module
drive unit
thermal
energy machine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP15707910.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Kühne
Michael Zach
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Publication of EP3084875A1 publication Critical patent/EP3084875A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/36—Accumulators not provided for in groups H01M10/05-H01M10/34
    • H01M10/39—Accumulators not provided for in groups H01M10/05-H01M10/34 working at high temperature
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D13/00—Pumping installations or systems
    • F04D13/02—Units comprising pumps and their driving means
    • F04D13/021—Units comprising pumps and their driving means containing a coupling
    • F04D13/024—Units comprising pumps and their driving means containing a coupling a magnetic coupling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D13/00—Pumping installations or systems
    • F04D13/02—Units comprising pumps and their driving means
    • F04D13/04—Units comprising pumps and their driving means the pump being fluid driven
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
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    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H01M10/6567—Liquids
    • H01M10/6568—Liquids characterised by flow circuits, e.g. loops, located externally to the cells or cell casings
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a module with a
  • Moduleinhausung which is at least partially filled with a thermal fluid, which thermal fluid is designed especially for an operating temperature range between 200 ° C and 400 ° C, and a system comprising at least two such modules and a fluid energy machine, which may be comprised by such a module.
  • modules with thermal fluid are used primarily for the enclosure of thermal components that need to be supplied with thermal energy during operation or release thermal energy during operation.
  • the modules are, for example, high-temperature battery modules, such as in the context of the technology of sodium sulfide or
  • Sodium nickel chloride batteries are used.
  • Such modules require a suitable heat Manage ⁇ management system, which will ensure that the necessary operating temperatures fall below not about or for your property.
  • the maximum design with a predetermined Temperaturbe ⁇ kingdom is important, on the one hand even not to damage the Hochtemperaturbatteriezel ⁇ len by overheating, on the other hand to the internal resistance of the battery cells by excessive cooling to unacceptably high Values to rise.
  • the delivery unit is normally arranged within the module housing and the driving electric motor outside the module housing in a region which substantially Ambient temperature has.
  • the driving electric motor for torque transmission between the electric motor and conveyor unit is lent be provided breakthrough in the module housing, which must be sealed against leaks of thermal fluid as well as entering into the module gases or other fluids.
  • thermal Stabiii ity of electrical components which are prone to error especially at temperatures above 200 ° C and must be replaced early. Furthermore, such composites nents can easily be damaged if temperature fluctuations occur at such high temperatures. Especially when operating high temperature battery cells in such a module is expected to such temperature fluctuations that can give rise to voltage damage.
  • a module which is operated in regular operation, in particular at Tem ⁇ temperatures of over 200 ° C ⁇ beat, and is connected in an energetically advantageous manner with a flow generator, which has an advantageous thermal power loss on ⁇ , and relatively low or nodeanforderun ⁇ conditions. Furthermore, it is technically necessary to reduce the susceptibility to errors in electrical or electronic components and the maintenance of such modules.
  • a module is to be provided with thermal fluid schla ⁇ gene, which can be provided substantially without external mechanical ⁇ A grips, and a simple
  • Fluid interconnection allows.
  • a module having a module housing which is filled with a thermal fluid at least partially, which thermal fluid is particularly designed for an operating temperature ⁇ tur Scheme between 200 ° C and 400 ° C, wherein further comprising a fluid energy machine in the module housing is arranged or in the module housing (2) is partially in- tegriert which fluid energy machine has a Antriebsein ⁇ uniform and a conveyor unit, which are both coupled to the rotational force transmitting each other, and wherein the drive unit with at least one fluid path of aiques- at least partially external fluid circuit is fluidly connected such that they by a fluid flow in the
  • Fluid line can be energized, and wherein the drive unit has no other connection for supply with a further external energy source.
  • a system comprising at least two modules according to the advance, such as the type described hereinafter also, WO at the at least two modules each with a single, we ⁇ ilias partially external fluid circuit to
  • the basis of the invention objects are achieved through a fluid energy machine, comprising an on ⁇ drive unit and a conveying unit, which are both coupled to the rotational force transmitting each other, preferably for Strö ⁇ mung generation in a thermal fluid of a module according to the above, as well as subsequent embodiments, the Drive unit can be fluidly connected with a fluid line such that it can be energized by a fluid flow in the fluid line, wherein the drive unit has no other connection for supplying a further external energy source.
  • ⁇ module may also include appropriate connectors for the fluid circuit typically so that by simple
  • Interconnection of several modules of at least partially external fluid circuit can be easily connected to the modules. This not only facilitates the connection but also the exchange of such modules, which are interconnected to form a system.
  • the term of the at least partially external fluid circuit relates to a fluid circuit which is not or not fully ⁇ constantly in the Moduleinhausung.
  • a fluid circuit which is not or not fully ⁇ constantly in the Moduleinhausung.
  • most of the external fluid circuit run outside of the module housing, with a lesser part extending only after a breakthrough through the module housing within a module.
  • a pump which is provided with the fluid circuit to drive the therein befindli ⁇ chen fluid externally, therefore be disposed outside of the modules.
  • thermal fluid for an operating temperature range between 200 ° C and 400 ° C requires that the module in question can also be operated at temperatures or operated. Is the thermal fluid for operation in this Tempe ⁇ ratur Scheme provided so this also applies to the dul Mo.
  • a module with a fluid energy machine such that either the on ⁇ drive unit, as well as their conveying unit are entirely disposed in the module housing, or portions of the fluid energy machine are integrated in the module housing so that a part of the fluid energy machine within the
  • Moduleinhausung is arranged. Further, the present invention allows for hydraulic separation of the external fluid circuit and flow field of the thermal fluid in the module.
  • the fluid energy machine can be operated without fluidic exchange with the thermal fluid in the module such that the fluid energy machine is energized only by an externally generated fluid flow.
  • This fluid flow is made available via a fluid line of the fluid circuit of the drive unit, and can thus selectively operate the fluid energy machine.
  • the delivery unit is further designed such that ei ⁇ ne fluidic connection to the thermal fluid in the module, so that the thermal fluid can be acted upon by the delivery unit with a flow.
  • This flow can with a suitable geometric arrangement of the conveyor unit a b
  • this ty ⁇ pically has a pump to generate the fluid flow.
  • the energetic supply of a plurality of modules only requires a central one
  • ⁇ module and system is particularly preferably designed for a Be ⁇ operating temperature range between 200 ° C and 400 ° C. Such temperature ranges are preferred especially for Hochtem ⁇ peraturbatteriemodule who work as based on the technology of NaS- or NaNiCl 2 cells. Since such cells sometimes have high heat exchange rates during operation between cells and thermal fluid, the present invention is particularly suitable for such cells or temperature ranges.
  • the thermal fluid Wenig ⁇ least partially surrounding the fluid energy machine and with this change in thermal ⁇ effective.
  • the fluid energy machine can also be completely embedded in the thermal fluid, so that no further structural measures for a fluidic coupling of the two more must be taken. Due to the thermal integration of the fluid energy machine, this can also be provided for thermal interaction with the thermal fluid, so that about when supplying the fluid energy machine with thermally conditioned fluid in the fluid line and indirectly via the fluid energy machine thermal Kondi ⁇ tioning of the thermal fluid can be done in the module ,
  • the fluid energy machine is partially inte ⁇ grated in the module housing.
  • the conveyor unit can be disposed in the Modulein ⁇ hausung, wherein the drive unit is arranged outside the module housing.
  • the drive unit is arranged outside the module housing.
  • For fluid sealing of the module housing can be fluid-tightly connected as a part of the housing of the fluid machine ⁇ energy with the module housing, preferably welded.
  • a Kupp ⁇ development component may be coupled fluid-tight to the module housing only, so that both sides of the on ⁇ drive unit and the conveying unit can be attached to the coupling component, in particular plugged and secured mechanically Kgs ⁇ NEN.
  • Such a coupling component may be formed as a magnetic coupling.
  • the fluid energy machine is modular ⁇ built, with individual machine modules can be connected to each other by means of secure connectors. Such machine modules may be about the conveyor unit and the on ⁇ drive unit.
  • the module is designed as a memory module having a number of Hochtem ⁇ peraturbatteriezellen (z. B. NaS- or NaNiCl 2 cells). The number here can be "one" or even a number greater than "one".
  • the present invention can also be used outside electrochemical applications, namely whenever a module is to be tempered by a thermofluid impinged by a flow. In this respect, it is hereby expressly pointed out that the invention in its most general form does not have to relate to a memory module with a number of high-temperature battery cells.
  • the fluid energy machine is to have no further connections for the Ver ⁇ supply to an external power source.
  • the drive unit also no electrical connections ⁇ rule.
  • the Energetistician the Fluidenergyma machine thus takes place exclusively on the torque transfer from the fluid flow to a drive device in the drive unit.
  • the fluid line can also be formed only as a fluid connection to the fluid energy machine, in which a fluid flow is formed. So it is for example conceivable that the Fluidan ⁇ circuit which is arranged in or on the module Fluidenergyma ⁇ machine connects via an opening in the housing module with the same.
  • the supply of this fluid connection with fluid can be effected, for example, from a volume in which no directed fluid flow is yet formed, so that the fluid conduit is first formed with a directed fluid flow through the fluid connection.
  • Thermofluids of individual modules in a system with a flow Such methods for pressurizing the thermal fluid with a fluid flow according to the internally known prior art, for example, completely dispense with a mo ⁇ duloffe fluid energy machine or pump.
  • MITEI ⁇ Nander can be interconnected at ⁇ game as individual modules only fluidly, with an external pump unit, the individual modules acted upon by a fluid flow.
  • the thermal fluid in the module it is necessary for the thermal fluid in the module to be filled with the fluid which is at least partially external
  • Fluid line is transported is identical.
  • a disadvantage of such embodiments is that the individual modules can be acted upon with different pressures and thus, in the case of a parallel connection of the modules, different flows which are practically handled only with considerable additional effort.
  • such technical solutions would require a very complex ventilation of the individual modules, about to avoid air bubbles that might otherwise have a negative effect on the Le ⁇ service life of the thermal fluid.
  • further measures would have to be taken in order to be able to easily exchange the individual modules from the overall system without jeopardizing the operation of the remaining modules.
  • the thermal bridge which is problematic between conveying unit and drive unit, which is problematic according to the prior art, can now be spatially displaced, for example, to a flow generator (pump) centrally connected to the fluid circuit, if, for example, additional insulation is provided around the modules and the fluid energy machines becomes.
  • a flow generator pump
  • the drive unit and the delivery unit are coupled to one another via at least one magnetic coupling, in particular via two magnetic couplings.
  • Providing a magnetic coupling between the drive unit and the conveying unit allows a good hydraulic isolation of the fluid in the outer fluid circuit, as well as provided in the module thermal fluid, which only takes place in particular with changes in the on ⁇ drive unit supplying the fluid stream a ge ⁇ dampened power transmission to the delivery unit. On- The reason for such damping is particularly in the
  • the fluid in the fluid line does not coincide with the thermal fluid in the module.
  • the fluid in the fluid line may have a lower quality valent thermofluid or even a thermally non ⁇ insulating thermofluid be.
  • the fluid circuit can be thermally connected to a heating device, in particular outside the module, by means of which the fluid in the fluid line can be thermally conditioned. Consequently, the module can be made not only mechanical energy for driving the drive unit to supply ⁇ addition, but also thermal energy is used to condition the thermal fluid in the thermal module suitable. As already stated above, such a module can be supplied via a fluid circuit simultaneously with mechanical, as well as thermal energy.
  • the at least partially external fluid circuit includes a number of valves on ⁇ formed to adjust the flow of fluid in the fluid conduit to one or in a module.
  • valves can for example be designed as adjustable Dros ⁇ selklappen.
  • each module can be supplied in a suitable manner with a predetermined amount of kinetic energy as well as thermal energy by the valve control or regulation.
  • the specific embodiment allows individual control or regulation of the individual modules with regard to the strength of the flow with which the thermal fluid is applied in the individual modules, as well as theneyzu- or discharge.
  • Such valves are particularly suitable to provide for a hydraulic parallel connection of the at least two modules.
  • FIG. 3 shows a first embodiment of the system 100 according to the invention in a schematic view
  • Module housing 2 can be formed.
  • suitable discharge from the delivery unit can be caused by the output thermal fluid 3 in the interior of the module 1 as a circle ⁇ flow.
  • This serves in particular for improved heat transfer between the high-temperature battery cells 50 and the thermal fluid 3.
  • the drive unit 11 of the fluid energy machine 10 is finally supplied from ⁇ by the fluid flow 16 in the fluid line 14 with a driving torque.
  • This is provided indirectly via the pump 35, which is connected to the fluid circuit 15 outside the module 1.
  • the fluid circuit 15 for additional Be ⁇ woman on top of thermal energy by means of the fluid stream 16, it can also still be supplied with thermal energy via a heating device 13 which is also connected in the fluid circuit 15.
  • the fluid circuit 15 may also comprise a suitable cold source, for example to also cool the fluid flow 16 to lower temperatures.
  • FIG. 2 shows a schematic view of a second exporting ⁇ approximate shape of the module 1 according to the invention, wherein in the module housing 2, a fluid energy machine is integrated 10th
  • the embodiment thus differs in the first place from that shown in FIG. 1 in that the fluid energy machine 10 is not completely inside the
  • the fluid circuit 15 can have one or more valves 20 which, with suitable control or regulation, supply the required amounts of kinetic energy or thermal energy to the modules 1 can supply.
  • Particularly preferred is a solution that can be individually set by respective associated valves 20 at wel ⁇ cher individual modules 1 (in this case not showing overall).

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Modul (1) mit einer Moduleinhausung (2), welches mit einem Thermofluid (3) wenigstens teilweise gefüllt ist, welches Thermofluid (3) insbesondere für einen Betriebstemperaturbereich zwischen 200°C und 400°C ausgelegt ist, wobei weiterhin eine Fluidenergiemaschine (10) in der Moduleinhausung (2) angeordnet ist oder in die Moduleinhausung (2) teilweise integriert ist, welche Fluidenergiemaschine eine Antriebseinheit (11) und eine Fördereinheit (12) aufweist, die beide miteinander zur Drehkraftübertragung gekoppelt sind, und wobei die Antriebseinheit (11) mit wenigstens einer Fluidleitung (14) eines wenigstens teilweise externen Fluidkreislaufes (15) derart fluidtechnisch verschaltet ist, dass sie durch einen Fluidstrom (16) in der Fluidleitung (14) energetisiert werden kann, und wobei die Antriebseinheit (11) keinen anderen Anschluss zur Versorgung mit einer weiteren externen Energiequelle aufweist.

Description

Beschreibung
Modul mit Fluidenergiemaschine
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Modul mit einer
Moduleinhausung, welches mit einem Thermofluid wenigstens teilweise gefüllt ist, welches Thermofluid insbesondere für einen Betriebstemperaturbereich zwischen 200 °C und 400 °C ausgelegt ist, sowie ein System umfassend wenigstens zwei derartige Module und eine Fluidenergiemaschine, die von einem solchen Modul umfasst sein kann.
Solche Module mit Thermofluid dienen in erster Linie zur Einhausung von Thermokomponenten, die bei Betrieb mit thermischer Energie versorgt werden müssen bzw. die bei Betrieb thermische Energie abgeben. Die Module sind beispielsweise Hochtemperaturbatteriemodule, wie sie etwa im Rahmen der Technologie der Natriumsulfid- oder
Natriumnickelchloridbatterien zum Einsatz kommen. Solche Module erfordern für Ihren Betrieb ein geeignetes Wärmemanage¬ mentsystem, welches dafür Sorge trägt, dass die erforderlichen Betriebstemperaturen nicht über oder unterschritten werden. Insbesondere bei Hochtemperaturbatteriezellen, welche in einem Modul elektrisch miteinander verschaltet sind, ist die bauartbedingte Einhaltung eines vorbestimmten Temperaturbe¬ reichs wichtig, um einerseits die Hochtemperaturbatteriezel¬ len selbst nicht durch Überhitzung zu schädigen, andererseits um den Innenwiderstand dieser Batteriezellen nicht durch übermäßige Abkühlung auf unzulässig hohe Werte steigen zu lassen .
Derartige Module, die ein Thermomanagementsystem erfordern, weisen oftmals ein Thermofluid auf, welches als Medium zur Wärmeübertragung genutzt wird. Hierbei umströmt das Thermo¬ fluid normalerweise die zu temperierenden Bauteile und Kompo¬ nenten in dem Modul direkt oder indirekt, um den erforderlichen Wärmetransport gewährleisten zu können. Damit eine ausreichend hohe Wärmeübertragungsrate zwischen dem Thermofluid und den zu temperierenden Komponenten bzw. Bauteilen erfolgen kann, ist eine strömungstechnische Durchmischung des Thermofluids erforderlich. Eine Strömungsbeauf¬ schlagung zur Erreichung der Durchmischung erfordert im Normalfall den Einsatz geeigneter Strömungsgeneratoren, die typischerweise in Form von Pumpen ausgebildet sind. Solche Pum¬ pen werden über geeignete Elektromotoren mit einem ausreichenden Drehmoment für den Betrieb einer Fördereinheit ver¬ sorgt, so dass die Pumpe das Thermofluid mit einer Strömung beaufschlagen kann. Werden solche elektrisch betriebenen Pum¬ pen in Verbindung mit einem vorab beschriebenen Modul eingesetzt, welches bei Temperaturen von über 200 °C betrieben wird, wird im Normalfall die Fördereinheit innerhalb der Moduleinhausung und der antreibende Elektromotor außerhalb der Moduleinhausung in einem Bereich angeordnet, welcher im Wesentlichen Umgebungstemperatur aufweist. Zur Drehmomentübertragung zwischen Elektromotor und Fördereinheit ist folg lieh ein Durchbruch in der Moduleinhausung vorzusehen, welcher gegenüber Leckagen von Thermofluid wie auch von in das Modul eintretende Gasen bzw. anderer Fluide abgedichtet sein muss .
Nachteilig an solchen Ausführungsformen ist, dass auf der Seite der Fördereinheit die Pumpe im Normalfall mit thermi¬ scher Energie beladen wird, welche über den Durchbruch, der typischerweise nicht ausreichend thermisch isoliert werden kann, zum Elektromotor hin verloren geht. Neben einem solche unerwünschten thermischen Verlust (thermische Selbstentla¬ dung) ist insbesondere auch bei räumlich enger Bauweise auf der Seite des Elektromotors eine aktive Kühlung vorzusehen, um den Elektromotor und seine Komponenten vor Überhitzung zu schützen .
Als weiteres Problem stellt sich auch die thermische Stabiii tät der elektrischen Komponenten dar, welche vor allem bei Temperaturen über 200°C stark fehleranfällig werden und früh zeitig ersetzt werden müssen. Weiterhin können solche Kompo- nenten auch leicht Schaden nehmen, wenn bei derart hohen Temperaturen Temperaturschwankungen auftreten. Gerade etwa bei einem Betrieb von Hochtemperaturbatteriezellen in einem solchen Modul ist mit solchen Temperaturschwankungen zu rechnen, die zu Spannungsschäden Anlass geben können.
Folglich stellt sich als technische Aufgabe, ein Modul vorzu¬ schlagen, welches bei regulärem Betrieb insbesondere bei Tem¬ peraturen von über 200°C betrieben wird, und in energetisch vorteilhafter Weise mit einem Strömungsgenerator verschaltet ist, der eine vorteilhafte thermische Verlustleistung auf¬ weist, und verhältnismäßig geringe oder keine Kühlanforderun¬ gen stellt. Fernerhin ist es technisch erforderlich, die Fehleranfälligkeit bei elektrischen bzw. elektronischen Kompo- nenten und den Wartungsaufwand bei solchen Modulen zu vermindern. Insbesondere soll ein Modul mit Thermofluid vorgeschla¬ gen werden, welches weitgehend ohne äußere mechanische Ein¬ griffe bereitgestellt werden kann, und eine einfache
Fluidverschaltung ermöglicht. Zudem ist es ein technisches Bedürfnis eine hinsichtlich der Leistungsdichte eines Gesamt¬ systems, welches mehrere Module umfasst, verbesserte Bauweise vorzuschlagen .
Diese der Erfindung zugrunde liegenden Aufgaben werden gelöst durch ein Modul gemäß Anspruch 1, ein System gemäß Anspruch 7, sowie durch eine Fluidenergiemaschine gemäß Anspruch 9.
Insbesondere werden die der Erfindung zugrundeliegenden Aufgaben gelöst durch ein Modul mit einer Moduleinhausung, wel- ches mit einem Thermofluid wenigstens teilweise gefüllt ist, welches Thermofluid insbesondere für einen Betriebstempera¬ turbereich zwischen 200 °C und 400 °C ausgelegt ist, wobei weiterhin eine Fluidenergiemaschine in der Moduleinhausung angeordnet ist oder in die Moduleinhausung (2) teilweise in- tegriert ist, welche Fluidenergiemaschine eine Antriebsein¬ heit und eine Fördereinheit aufweist, die beide miteinander zur Drehkraftübertragung gekoppelt sind, und wobei die Antriebseinheit mit wenigstens einer Fluidleitung eines wenigs- tens teilweise externen Fluidkreislaufs derart fluidtechnisch verschaltet ist, dass sie durch einen Fluidstrom in der
Fluidleitung energetisiert werden kann, und wobei die Antriebseinheit keinen anderen Anschluss zur Versorgung mit ei- ner weiteren externen Energiequelle aufweist.
Weiterhin werden die der Erfindung zugrunde liegenden Aufgaben gelöst durch ein System umfassend wenigstens zwei Module gemäß der vorab, wie auch nachfolgend beschriebenen Art, wo- bei die wenigstens zwei Module beide mit einem einzigen, we¬ nigstens teilweise externen Fluidkreislauf zur
Energetisierung der jeweiligen Antriebseinheiten der Module fluidtechnisch verschaltet sind. Weiterhin werden die der Erfindung zugrundeliegenden Aufgaben gelöst durch eine Fluidenergiemaschine, umfassend eine An¬ triebseinheit und eine Fördereinheit, die beide miteinander zur Drehkraftübertragung gekoppelt sind, bevorzugt zur Strö¬ mungserzeugung in einem Thermofluid eines Moduls gemäß der obigen, wie auch nachfolgenden Ausführungsformen, wobei die Antriebseinheit mit einer Fluidleitung derart fluidtechnisch verschaltet werden kann, dass sie durch einen Fluidstrom in der Fluidleitung energetisiert werden kann, wobei die Antriebseinheit keinen anderen Anschluss zur Versorgung mit ei- ner weiteren externen Energiequelle aufweist.
An dieser Stelle ist darauf hinzuweisen, dass das erfindungs¬ gemäße Modul typischerweise auch geeignete Anschlüsse für den Fluidkreislauf aufweisen kann, so dass durch einfache
Verschaltung mehrerer Module der wenigstens teilweise externe Fluidkreislauf leicht an den Modulen angeschlossen werden kann. Damit erleichtert sich nicht nur der Anschluss sondern auch der Austausch solcher Module, welche zu einem System verschaltet sind.
Der Begriff des wenigstens teilweise externen Fluidkreislaufs betrifft einen Fluidkreislauf, welcher nicht oder nicht voll¬ ständig in der Moduleinhausung verläuft. Insbesondere soll der überwiegende Teil des externen Fluidkreislaufs außerhalb der Moduleinhausung verlaufen, wobei dann ein geringerer Teil lediglich nach einem Durchbruch durch die Moduleinhausung innerhalb eines Moduls verläuft. Vor allem soll eine Pumpe, welche mit dem Fluidkreislauf zum Antrieb des darin befindli¬ chen Fluids vorgesehen ist, extern, also außerhalb der Module angeordnet sein.
Fernerhin soll darauf hingewiesen werden, dass eine Auslegung des Thermofluids für einen Betriebstemperaturbereich zwischen 200°C und 400°C erfordert, dass das betreffende Modul auch bei den Temperaturen betrieben werden kann bzw. betrieben wird. Ist das Thermofluid für einen Betrieb in diesem Tempe¬ raturbereich vorgesehen, so trifft dies auch zu auf das Mo- dul .
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, ein Modul mit einer Fluid- energiemaschine derart zu versehen, dass entweder deren An¬ triebseinheit, wie auch deren Fördereinheit vollständig in der Moduleinhausung angeordnet sind, oder aber Abschnitte der Fluidenergiemaschine in der Moduleinhausung integriert sind, so dass ein Teil der Fluidenergiemaschine innerhalb der
Moduleinhausung angeordnet ist. Weiter erlaubt die vorliegende Erfindung eine hydraulische Trennung von externem Fluidkreislauf und Strömungsfeld des Thermofluids in dem Modul. So kann nämlich die Fluidenergiemaschine ohne fluidtechnischen Austausch mit dem Thermofluid in dem Modul derart betrieben werden, dass die Fluidenergiemaschine lediglich durch einen extern generierten Fluidstrom energetisiert wird. Dieser Fluidstrom wird über eine Fluidleitung des Fluidkreislaufs der Antriebseinheit zur Verfügung gestellt, und kann damit gezielt die Fluidenergiemaschine betreiben.
Die Fördereinheit ist weiterhin derart ausgestaltet, dass ei¬ ne fluidtechnische Verbindung zu dem Thermofluid in dem Modul besteht, so dass das Thermofluid durch die Fördereinheit mit einer Strömung beaufschlagt werden kann. Diese Strömung kann bei geeigneter geometrischer Anordnung der Fördereinheit eine b
Strömung innerhalb des Moduls hervorrufen und so eine vor¬ teilhafte Wärmeübertragung zwischen Thermofluid und den mit Wärme zu versorgenden Bauteilen und Komponenten vermitteln. Aufgrund des Antriebs der Antriebseinheit mittels der Fluid- strömung in dem wenigstens teilweise externen Fluidkreislauf kann auf einen elektrischen Antrieb verzichtet werden. Eine elektrische Antriebseinheit ist erfindungsgemäß ausdrücklich nicht vorgesehen. Folglich können auch keine elektrischen und elektronischen Bauteile beschädigt werden und damit vorzeitig ausfallen. Der fluidische Antrieb mittels des Fluidstroms ist hierbei weitaus weniger temperaturempfindlich. Zudem kann das Fluid für einen Betrieb bei hohen Temperaturen gezielt ange- passt werden. So kann die Antriebseinheit auch weitgehend wartungsfrei betrieben werden, wenn bspw. geeignete Fluide ausgewählt werden. Vorteilhafte Fluide sind etwa Thermoöle, welche nicht nur weitgehend unbedenklich hinsichtlich einer hohen Betriebstemperatur sind, sondern auch zusätzlich eine materialschützende und schmierende Wirkung aufweisen.
Zur Erzeugung eines Fluidstroms in der Fluidleitung des wenigstens teilweise externen Fluidkreislaufs weist dieser ty¬ pischerweise eine Pumpe auf, um den Fluidstrom zu erzeugen. Vorteilhafterweise erfordert also die energetische Versorgung einer Mehrzahl an Modulen lediglich eine zentrale
Energetisierungseinheit , bspw. die Pumpe, die mit dem Fluid¬ kreislauf verschaltet ist. Damit vermindert sich die Komple¬ xität sowie die Anzahl an Bauteilen und Komponenten für ein individuelles Thermomanagementsystem in den einzelnen Modu- len.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass das erfindungs¬ gemäße Modul und System besonders bevorzugt für einen Be¬ triebstemperaturbereich zwischen 200°C und 400°C ausgelegt ist. Derartige Temperaturbereiche sind vor allem für Hochtem¬ peraturbatteriemodule bevorzugt, die etwa auf der Grundlage der Technologie von NaS- oder NaNiCl2-Zellen arbeiten. Da solche Zellen bei Betrieb mitunter hohe Wärmeaustauschraten zwischen Zellen und Thermofluid erfordern, ist die vorliegen- de Erfindung für solche Zellen bzw. solche Temperaturbereiche besonders geeignet.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Thermofluid die Fluidenergiemaschine wenigs¬ tens teilweise umgibt und mit dieser in thermischer Wechsel¬ wirkung ist. Die Fluidenergiemaschine kann auch vollständig in dem Thermofluid eingebettet sein, so dass keine weiteren bautechnischen Vorkehrungen für eine fluidtechnische Kopplung beider mehr getroffen werden müssen. Durch die thermische Einbindung der Fluidenergiemaschine kann diese zudem auch zur thermischen Wechselwirkung mit dem Thermofluid vorgesehen sein, so dass etwa bei Versorgung der Fluidenergiemaschine mit thermisch konditioniertem Fluid in der Fluidleitung auch indirekt über die Fluidenergiemaschine eine thermische Kondi¬ tionierung des Thermofluids in dem Modul erfolgen kann.
Entsprechend der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Fluidenergiemaschine in die Moduleinhausung teilweise inte¬ griert ist. So kann etwa die Fördereinheit in der Modulein¬ hausung angeordnet sein, wobei die Antriebseinheit außerhalb der Moduleinhausung angeordnet ist. Zur Fluidabdichtung der Moduleinhausung kann etwa ein Teil des Gehäuses der Fluid¬ energiemaschine mit der Moduleinhausung fluiddicht verbunden, bevorzugt verschweißt sein. Ebenso kann lediglich eine Kupp¬ lungskomponente mit der Moduleinhausung fluiddicht verbunden sein, so dass beiderseits an die Kupplungskomponente die An¬ triebseinheit und die Fördereinheit angesetzt werden können, insbesondere aufgesteckt und mechanisch gesichert werden kön¬ nen. Eine solche Kupplungskomponente kann als Magnetkupplung ausgebildet sein.
Weiterhin bevorzugt ist die Fluidenergiemaschine modular auf¬ gebaut, wobei einzelne Maschinenmodule mittels gesicherter Steckverbindungen miteinander verbunden werden können. Solche Maschinenmodule können etwa die Fördereinheit und die An¬ triebseinheit sein. Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Modul als Speichermodul mit einer Anzahl an Hochtem¬ peraturbatteriezellen (z. B. NaS- bzw. NaNiCl2-Zellen) ausgebildet. Die Anzahl kann hierbei „eins" oder auch eine Anzahl größer als „eins" sein. Wie der Fachmann jedoch leicht nachvollziehen kann, kann die vorliegende Erfindung auch außerhalb von elektrochemischen Anwendungen Einsatz finden, nämlich immer dann, wenn in einem Modul eine Temperierung durch ein mit einer Strömung beaufschlagtes Thermofluid erfolgen soll. Insofern sei hiermit noch einmal ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Erfindung in ihrer allgemeinsten Form sich nicht auf ein Speichermodul mit einer Anzahl an Hochtem peraturbatteriezellen beziehen muss.
Weiterhin ist darauf hinzuweisen, dass erfindungsgemäß die Fluidenergiemaschine keine weiteren Anschlüsse für die Ver¬ sorgung mit einer externen Energiequelle aufweisen soll. Ins besondere weist die Antriebseinheit also auch keine elektri¬ schen Anschlüsse auf. Die Energetisierung der Fluidenergiema schine erfolgt also ausschließlich über die Drehmomentübertragung aus dem Fluidstrom auf eine Antriebsvorrichtung in der Antriebseinheit.
Weiterhin sei darauf hingewiesen, dass die Fluidleitung auch lediglich als Fluidanschluss an der Fluidenergiemaschine aus gebildet sein kann, in welchem ein Fluidstrom ausgebildet ist. So ist es beispielsweise denkbar, dass der Fluidan¬ schluss die in oder an dem Modul angeordnete Fluidenergiema¬ schine über einen Durchbruch in der Moduleinhausung mit derselben verbindet. Die Versorgung dieses Fluidanschlusses mit Fluid kann beispielsweise aus einem Volumen erfolgen, in wel ehern noch kein gerichteter Fluidstrom ausgebildet ist, so dass die Fluidleitung mit einem gerichteten Fluidstrom erst durch den Fluidanschluss ausgebildet ist.
Durch das Versehen jedes Moduls mit einer zugehörigen Fluidenergiemaschine unterscheidet sich die vorliegende Erfindung auch von einschlägigen Verfahren zur Beaufschlagung des
Thermofluids einzelner Module in einem System mit einer Strömung. Solche Verfahren zur Beaufschlagung des Thermofluids mit einer Fluidströmung nach dem intern bekannten Stand der Technik, verzichten beispielsweise vollständig auf eine mo¬ dulgebundene Fluidenergiemaschine oder Pumpe. So können bei¬ spielsweise einzelne Module lediglich fluidtechnisch mitei¬ nander verschaltet sein, wobei eine externe Pumpeinheit, die einzelnen Module mit einer Fluidströmung beaufschlagt. Hier- bei ist erforderlich, dass das Thermofluid in dem Modul mit dem Fluid, welches in der wenigstens teilweise externen
Fluidleitung transportiert wird, identisch ist. Nachteilig an solchen Ausführungsformen ist aber, dass die einzelnen Module mit unterschiedlichen Drücken und damit im Falle einer Paral- lelschaltung der Module unterschiedlichen Strömungen beaufschlagt werden können, die praktisch nur durch erheblichen Zusatzaufwand kontrolliert handzuhaben sind. Zudem wäre bei diesen Ausführungsformen kaum zu gewährleisten, dass alle miteinander fluidtechnisch verschalteten Module mit einer vergleichbaren Wärmestromrate versorgt werden. Ebenso würden derartige technische Lösungen eine sehr komplexe Entlüftung der einzelnen Module erfordern, um etwa Luftblasen zu vermeiden, die anderenfalls eine negative Auswirkung auf die Le¬ bensdauer des Thermofluids haben könnten. Zudem wären noch weitere Maßnahmen zu treffen, um einen leichten Austausch der einzelnen Module aus dem Gesamtsystem vornehmen zu können, ohne den Betrieb der restlichen Module zu gefährden.
Durch die erfindungsgemäße räumliche, wie auch hydraulische Entkopplung von Fluidstrom und Thermofluid in dem Inneren des Moduls, können solche Nachteile leicht vermieden werden. Zu¬ dem kann eine nur sehr geringe und damit sehr vorteilhafte Ankopplung ohne eine unmittelbare Übertragung von Druckstößen (verursacht evtl. durch Kavitation, Siedeblasen, Anfahrmomen- te, usw.) im wenigstens teilweise externen Fluidkreislauf auf das Thermofluid in dem Modul erreicht werden. Insbesondere wenn in dem Modul mechanisch empfindliche Bauteile angeordnet sind, wie beispielsweise einzelne Hochtemperaturbatteriezel- len oder das Lager der Pumpeneinheit, kann sich eine solche verhältnismäßig weichere Ankopplung als sehr bauteilschonend und damit vorteilhaft erweisen.
Zudem kann aufgrund der räumlichen Entkopplung von Innenbereich des Moduls und Fluidkreislauf eine getrennte Auswahl oder Anpassung der Fluideigenschaften erfolgen. Beispielsweise ist etwa eine elektrische Isolierwirkung des in dem we¬ nigstens teilweise externen Fluidkreislauf geführten Fluids nicht erforderlich, da es bspw. nicht mit elektrisch leitenden Komponenten in Kontakt geraten kann.
Weiterhin kann aufgrund der Integration der Fluidenergiema- schine in ein Modul auch ein leicht handhabbares, sowie aus¬ tauschbares Modul hergestellt werden. Die Wärmebrücke, welche zwischen Fördereinheit und Antriebseinheit, welche nach dem Stand der Technik problematisch ist, kann nun räumlich verlagert werden etwa zu einem zentral mit dem Fluidkreislauf ver¬ schalteten Strömungsgenerator (Pumpe) , wenn etwa eine zusätzliche Isolierung um die Module und die Fluidenergiemaschinen vorgesehen wird.
Durch eine vollständige Integration der Fluidenergiemaschine in den Heißbereich des Moduls kann auch ein geringerer spezifischer Raumbedarf verwirklicht werden, welcher insbesondere bei einem eine Mehrzahl an solchen Modulen aufweisenden System einen großen Bauvorteil aufweist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Antriebseinheit und die Fördereinheit über wenigstens eine Magnetkupplung, insbesondere über zwei Magnetkupplungen miteinander gekoppelt sind. Das Vorsehen einer Magnetkupplung zwischen Antriebseinheit und Fördereinheit erlaubt eine gute hydraulische Entkopplung von Fluid in dem äußeren Fluidkreislauf, sowie den in dem Modul vorgesehenen Thermofluid, wobei insbesondere bei Änderungen des die An¬ triebseinheit versorgenden Fluidstroms lediglich eine ge¬ dämpfte Kraftübertragung auf die Fördereinheit erfolgt. Auf- grund einer solchen Dämpfung werden insbesondere in der
Fluidleitung sich fortpflanzende Druckstöße oder rasche Strö¬ mungsveränderungen nur in gedämpfter Form auf das Thermofluid in dem/den Modul (en) übertragen. Insbesondere bei Vorsehen von Bauteilen in dem Modul, welche bei mechanischer Belastung leicht Schaden nehmen können, erweist sich eine derartige Entkopplung als sehr vorteilhaft. Besonders vorteilhaft ist, wenn die Moduleinhausung mit der wenigstens einen Magnetkupp¬ lung fluiddicht verbunden ist. In einer solchen Ausführungsform kann etwa leicht die Antriebseinheit aus der Magnetkupp¬ lung heraus genommen werden, um sie auszutauschen, wobei das Modul selbst nicht geöffnet werden muss. Die Magnetkupplung ist hierbei etwa in einer Wandung der Moduleinhausung integriert und mit dieser verbunden, insbesondere verschweißt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Fördereinheit dazu ausgebildet ist, das Thermofluid in dem Modul mit einer Strömung zu be¬ aufschlagen, welche insbesondere dazu geeignet ist, das Modul durch Wechselwirkung mit dem Thermofluid thermisch zu kondi- tionieren. Ebenso können damit natürlich auch andere in dem Modul angeordnete Komponenten thermisch konditioniert werden, so etwa auch Batteriezellen im Falle eines Moduls zur
Einhausung einer Anzahl an elektrisch miteinander verschalte- ter Batteriezellen, vor allem Hochtemperaturbatteriezellen, die typischerweise bei Temperaturen zwischen 200 °C und 400 °C betrieben werden. So ist es auch weiterhin denkbar, jedes Modul über den in der Fluidleitung ausgebildeten Fluidstrom nicht nur mit mechanischer Energie sondern auch thermischer Energie zu versorgen. Diese Form der gekoppelten Energiebereitstellung erfordert ein deutlich weniger aufwendiges Energiewärmemanagement für die einzelnen Module und senkt damit sowohl den Kosten- wie auch den Bauteileinsatz.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Fluid in der Fluidleitung nicht mit dem Thermofluid in dem Modul übereinstimmt. Insbesondere kann das Fluid in der Fluidleitung ein qualitativ geringer wertiges Thermofluid oder auch ein elektrisch nicht isolie¬ rendes Thermofluid sein. Vor allem bei Anwendung des
Thermofluids in einem Betriebstemperaturbereich zwischen 200 °C und 400 °C, wobei das Thermofluid typischerweise als
Thermoöl ausgebildet ist, erweist sich diese Ausführungsform als vorteilhaft, da mitunter günstigere Thermoöle, die bei¬ spielsweise keine hohen Anforderung an die elektrische Leit¬ fähigkeit erfüllen müssen, in der Fluidleitung des Fluid- kreislaufs geführt werden können. Ebenso ist es möglich, dass das Fluid in dem wenigstens teilweise externen Fluidkreislauf anwendungsbedingt optimiert ist, ohne das Thermofluid in dem Modul ebenfalls anzupassen.
Gemäß eines weiteren vorteilhaften Aspekts der Erfindung ist es möglich, dass der Fluidkreislauf mit einer Heizvorrichtung, insbesondere außerhalb des Moduls thermisch verschaltet ist, mittels welcher das Fluid in der Fluidleitung thermisch konditioniert werden kann. Folglich kann dem Modul nicht nur mechanische Energie zum Antrieb der Antriebseinheit zur Ver¬ fügung gestellt werden, sondern auch thermische Energie, die dazu dient, das Thermofluid in dem Modul geeignet thermisch zu konditionieren . Wie weiter oben bereits ausgeführt, kann ein solches Modul über einen Fluidkreislauf gleichzeitig mit mechanischer, wie auch thermischer Energie versorgt werden.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Modul fluiddicht aus¬ geführt ist. Die Fluiddichtigkeit betrifft sowohl eine Dich¬ tigkeit gegenüber Ein- und Ausdringen des Thermofluids aber auch in Bezug auf Fluide, welche außerhalb des Moduls vorlie¬ gen. So ist es insbesondere bei Hochtemperaturanwendungen erforderlich, dass Gase wie Sauerstoff nicht in das Modulinnere gelangen können, um so einer vorzeitigen Degradation des Fluids bzw. einer Brand- bzw. Explosionsgefahr vorzubeugen. Darüber hinaus kann durch eine fluiddichte Ausführung des Mo¬ duls auch eine vorteilhafte thermische Entkopplung des Moduls nach außen hin erreicht werden. Gemäß einer ersten besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems ist vorgesehen, dass der wenigstens teilweise externe Fluidkreislauf eine Anzahl an Ventilen auf¬ weist, welche dazu ausgebildet sind, den Fluidstrom in der Fluidleitung zu einem oder in einem Modul einzustellen. Derartige Ventile können beispielsweise als einstellbare Dros¬ selklappen ausgeführt sein. Durch die Ventilsteuerung bzw. Regelung kann zudem auch jedes Modul in geeigneter Weise mit einer vorbestimmten Menge an kinetischer Energie, wie auch thermischer Energie versorgt werden. Insofern erlaubt die spezifische Ausführungsform eine individuelle Steuerung bzw. Regelung der einzelnen Module hinsichtlich der Stärke der Strömung mit welcher das Thermofluid in den einzelnen Modulen beaufschlagt wird, sowie der Wärmezu- oder auch Abführung. Solche Ventile sind besonders geeignet vorzusehen bei einer hydraulischen Parallelschaltung der wenigstens zwei Module.
Gemäß einer Weiterführung der erfindungsgemäßen Fluidenergie- maschine kann vorgesehen sein, dass die Antriebseinheit und die Fördereinheit über wenigstens eine Magnetkupplung, insbe¬ sondere über zwei oder mehr Magnetkupplungen miteinander gekoppelt sind. Die Kopplung ist hierbei insbesondere kraft¬ schlüssig bzw. gedämpft kraftschlüssig ausgebildet. Zu den Vorteilen einer solchen Ausführungsform, sei auf die obigen Ausführungen hierzu verwiesen.
Entsprechend einer alternativen oder auch weiterführenden Ausführungsform der Fluidenergiemaschine kann vorgesehen sein, dass die Antriebseinheit und die Fördereinheit über ei- ne magnetgekuppelte Verbindungswelle miteinander gekoppelt sind. Hierbei weist etwa die Antriebseinheit eine eigene An¬ triebswelle auf, sowie die Fördereinheit eine davon verschie¬ dene Förderwelle. Die magnetgekoppelte Verbindungswelle ver¬ bindet beide Wellen koaxial und ist insbesondere beidseitig über jeweils eine Magnetkupplung mit der Antriebseinheit und der Fördereinheit gekoppelt. Insofern ist es etwa möglich, sowohl die Antriebseinheit als auch die Fördereinheit durch Ziehen zum Lösen der magnetischen Kupplung zu entfernen und etwa bei Bedarf auszutauschen. Aufgrund der doppelten Magnetkupplung kann eine vorteilhafte Dämpfung der Förderströmung bei Änderungen des Fluidstroms zur Energetisierung der Antriebseinheit erreicht werden.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand einzelner Figuren im Detail näher erklärt werden. Hierbei sei darauf hingewiesen, dass die in den Figuren gezeigten Ausführungsformen lediglich schematisch zu verstehen sind, und daraus keine Einschränkung hinsichtlich der Ausführbarkeit entsteht.
Ferner ist darauf hinzuweisen, dass die in den Figuren gezeigten Bauteile mit gleichen Bezugszeichen auch gleiche technische Wirkungen aufweisen.
Fernerhin ist darauf hinzuweisen, dass beliebige Kombinatio¬ nen der nachfolgend aufgeführten technischen Merkmale vorliegend beansprucht werden, soweit diese dazu geeignet sind, die der Erfindung zugrunde liegenden Aufgaben zu lösen.
Hierbei zeigen:
FIG 1 eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Moduls 1 in schematischer Ansicht;
FIG 2 eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Moduls 1 in schematischer Ansicht;
FIG 3 eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems 100 in schematischer Ansicht;
FIG 4 eine schematische SchnittZeichnung von der Seite durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Fluidener- giemaschine 10.
FIG 1 zeigt eine schematische Ansicht einer ersten Ausfüh¬ rungsform des erfindungsgemäßen Moduls 1, welches mit einer Fluidenergiemaschine 10 versehen ist. Die Fluidenergiemaschi- ne 10 ist hierbei vollständig innerhalb der Moduleinhausung 2 angeordnet und weist lediglich Verbindungen zu Fluidleitungen 14 auf, die durch die Moduleinhausung 2 hindurchtreten. Das ausführungsgemäße Modul 1 ist beispielsweise als Spei¬ chermodul ausgeführt, in welchem etwa Hochtemperaturbatterie¬ zellen 50 angeordnet sind. Diese Hochtemperaturbatteriezellen 50 sind typischerweise elektrisch miteinander verschaltet und in regelmäßiger geometrischer Anordnung in dem Thermofluid 3 eingebettet, welches das Modul 1 wenigstens teilweise aus¬ füllt. Insbesondere ist das Modul 1 vollständig von dem Ther¬ mofluid 3 ausgefüllt.
Die Fluidenergiemaschine 10 weist neben einer Antriebseinheit 11 eine Fördereinheit 12 auf, die durch mindestens eine Mag¬ netkupplung 17, 18 (ausführungsgemäß können es genau eine Magnetkupplung, zwei Magnetkupplungen oder mehr als zwei sein) miteinander zur Drehmomentübertragung gekoppelt sind. Eine mögliche Ausführungsform dieser Fluidenergiemaschine 10 ist beispielsweise in FIG 3 dargestellt.
Soll nun die Fluidenergiemaschine 10 für eine Strömung des Thermofluids 3 in dem Modul 1 sorgen, ist eine
Energetisierung der Antriebseinheit 11 erforderlich. Diese wird durch eine Beaufschlagung der Antriebseinheit 11 mit ei¬ nem Fluidstrom 16 in der Fluidleitung 14 erreicht. Infolge der Fluidströmung wird also ein Antriebsmoment erzeugt, wel¬ ches über die mindestens eine Magnetkupplung 17, 18 an die Fördereinheit 12 übertragen wird. Hierdurch kann die Förder- einheit beispielsweise Thermofluid 3 in die Fördereinheit 12 ansaugen und an anderem Ort wieder ausstoßen, wobei eine Fluidströmung in dem Thermofluid 3 innerhalb der
Moduleinhausung 2 ausgebildet werden kann. Durch geeignete Ausleitung aus der Fördereinheit kann durch das ausgegebene Thermofluid 3 in dem Inneren des Moduls 1 etwa eine Kreis¬ strömung hervorgerufen werden. Diese dient insbesondere der verbesserten Wärmeübertragung zwischen den Hochtemperaturbatteriezellen 50 und dem Thermofluid 3. Die Antriebseinheit 11 der Fluidenergiemaschine 10 wird aus¬ schließlich durch den Fluidstrom 16 in der Fluidleitung 14 mit einem Antriebsmoment versorgt. Dieses wird indirekt über die Pumpe 35 bereitgesellt, welche außerhalb des Moduls 1 mit dem Fluidkreislauf 15 verschaltet ist. Zur zusätzlichen Be¬ reitstellung von thermischer Energie mittels des Fluidstroms 16 kann dieser zudem noch über eine Heizvorrichtung 13, die ebenfalls in dem Fluidkreislauf 15 verschaltet ist, mit ther- mischer Energie versorgt werden. Nach Zuführung des Fluidstroms 16 an das Modul 1 kann durch eine Wärmewechselwirkung mit dem Thermofluid 3 ebenfalls Wärme zu- bzw. abgeführt wer¬ den. Zusätzlich kann der Fluidkreislauf 15, wie vorliegend jedoch nicht ausdrücklich gezeigt, auch eine geeignete Kälte- quelle umfassen, um etwa auch den Fluidstrom 16 zu kleineren Temperaturen hin abzukühlen.
FIG 2 zeigt eine schematische Ansicht einer zweiten Ausfüh¬ rungsform des erfindungsgemäßen Moduls 1, bei welchem in die Moduleinhausung 2 eine Fluidenergiemaschine 10 integriert ist. Die Ausführungsform unterscheidet sich also in erster Linie von der in FIG 1 gezeigten dadurch, dass die Fluidenergiemaschine 10 nicht vollständig im Inneren der
Moduleinhausung 2 aufgenommen ist, sondern dass sie zum Teil außerhalb der Moduleinhausung 2 angeordnet ist. Ausführungs¬ gemäß ist die Fluidenergiemaschine derart in die
Moduleinhausung 2 integriert, dass das Gehäuse der Fluidenergiemaschine 10 im Bereich der wenigstens einen Magnetkupplung 17, 18 mit der Wandung der Moduleinhausung 2 verbunden ist, insbesondere verschweißt ist. Insofern kann bspw. die An¬ triebseinheit 11 leicht durch Ziehen entfernt werden, ohne dass das Modul 1 geöffnet werden müsste.
FIG 3 zeigt eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemä- ßen Systems, welches eine Anzahl an einzelnen Modulen 1 um- fasst. Die Module 1 können hierbei, wie in FIG 1 gezeigt aus¬ gebildet sein. Ist vorliegend eine serielle Verschaltung ein¬ zelner Module 1 gezeigt, kann diese jedoch durch eine belie- bige andere Form der Verschaltung, insbesondere eine paralle¬ len Verschaltung ersetzt sein. Ausführungsgemäß erfolgt die Verschaltung der einzelnen Module 1 derart, dass ein Ausgang einer Fluidleitung 14 mit dem Eingang einer Fluidleitung 14 eines benachbarten Moduls 1 verschaltet ist.
Um eine gezielte Einstellung des Fluidstroms 16 in den Fluid- leitungen 14 zu erreichen, kann der Fluidkreislauf 15 ein oder mehrere Ventile 20 aufweisen, die bei geeigneter Steue- rung bzw. Regelung die erforderlichen Mengen an kinetischer Energie bzw. thermischer Energie zu den Modulen 1 zuführen können. Besonders bevorzugt ist hierbei eine Lösung, bei wel¬ cher einzelne Module 1 durch jeweils zugeordnete Ventile 20 individuell eingestellt werden können (vorliegend nicht ge- zeigt) .
FIG 4 zeigt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fluidenergiemaschine 10, wie sie beispielsweise in dem in FIG 1 gezeigten Modul 1 bzw. in dem in FIG 2 gezeigten System 100 vorgesehen sein kann. Hierbei weist die Fluidenergiemaschine 10 eine Antriebseinheit 11 sowie eine Fördereinheit 12 auf, die über zwei Magnetkupplungen 17 und 18 miteinander drehgekoppelt sind. Zum Betrieb der Antriebseinheit 11 wird über die Fluidleitung 14 ein Fluidstrom 16 bereitgestellt, der nach Beaufschlagung eines ersten Laufrads 29 die Welle 23 der Antriebseinheit 11 in Drehung versetzt. An dem dem ersten Laufrad 29 gegenüberliegenden Ende der Welle 23 ist ein ers¬ ter Innenmagnet 25 vorgesehen, der in einen ersten Spalttopf 21 eingesetzt ist. Der erste Spalttopf 21 weist hierbei einen ersten Außenmagnet 26 auf, der so angeordnet ist, dass bei vollständigem Einsatz der Antriebseinheit 11 in den Spalttopf 21 sich der erste Innenmagnet 25 und der erste Außenmagnet 26 genau gegenüberliegen. Der erste Innenmagnet 25 sowie der erste Außenmagnet 26 können hierbei durch eine Anzahl an Ein- zelmagneten ersetzt sein.
Bei Beaufschlagung der Welle 23 der Antriebseinheit 11 wird aufgrund der magnetischen Kopplung zwischen erstem Innenmag- net 25 und erstem Außenmagnet 26 ein Drehmoment über den ers¬ ten Spalttopf 21 hinweg auf die Verbindungswelle 19 übertra¬ gen. Dieses Drehmoment verursacht nun eine damit verbundene Drehung der Verbindungswelle 19, an welcher auf der dem ers- ten Spalttopf 21 gegenüberliegenden Seite ein zweiter Spalttopf 22 angeordnet ist. In diesen zweiten Spalttopf 22 ist die Fördereinheit 12 teilweise eingesetzt, und zwar derart, dass wiederum einem zweiten Außenmagnet 28 ein zweiter Innenmagnet 27 gegenüberliegt, und bei Drehung des zweiten Außen- magnets 28 ein Drehmoment auf den zweiten Innenmagnet 27 übertragen werden kann. Sowohl zweiter Außenmagnet 28 als auch zweiter Innenmagnet 27 können wiederum durch eine Anzahl an Einzelmagneten ersetzt sein. Diese Magnete sind insbesondere stark temperaturbelastbare Neodympermanentmagnete.
Durch die Drehmomentübertragung von dem zweiten Außenmagnet 28 auf den zweiten Innenmagnet 27 kommt es zu einer Drehung der Welle 24 der Fördereinheit 12, so dass ein mit der Welle 24 mechanisch gekoppeltes zweites Laufrad 30 angetrieben wer- den kann. Dieses zweite Laufrad 30 ist nun in der Lage bei
Einsatz der Fluidenergiemaschine 10 in ein vorab beschriebe¬ nes Modul 1 Thermofluid 3 anzusaugen und in geeigneter Weise wieder auszustoßen, so dass etwa eine gezielte Strömung des Thermofluids 3 in dem nicht weiter gezeigten Modul 1 hervor- gerufen werden kann.
Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen .

Claims

Patentansprüche
1. Modul (1) mit einer Moduleinhausung (2), welches mit einem Thermofluid (3) wenigstens teilweise gefüllt ist, welches Thermofluid (3) insbesondere für einen Betriebstemperaturbe¬ reich zwischen 200°C und 400°C ausgelegt ist,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s
weiterhin eine Fluidenergiemaschine (10) in der
Moduleinhausung (2) angeordnet ist oder in die
Moduleinhausung (2) teilweise integriert ist, welche Fluid¬ energiemaschine (10) eine Antriebseinheit (11) und eine För¬ dereinheit (12) aufweist, die beide miteinander zur Dreh¬ kraftübertragung gekoppelt sind, und wobei die Antriebseinheit (11) mit wenigstens einer Fluidleitung (14) eines we- nigstens teilweise externen Fluidkreislaufes (15) derart fluidtechnisch verschaltet ist, dass sie durch einen Fluid- strom (16) in der Fluidleitung (14) energetisiert werden kann, und wobei die Antriebseinheit (11) keinen anderen An- schluss zur Versorgung mit einer weiteren externen Energie- quelle aufweist.
2. Modul gemäß Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s
die Antriebseinheit (11) und die Fördereinheit (12) über we- nigstens eine Magnetkupplung (17), insbesondere über zwei Magnetkupplungen (17,18) miteinander gekoppelt sind.
3. Modul gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s
die Fördereinheit (12) dazu ausgebildet ist, das Thermofluid (3) in dem Modul (1) mit einer Strömung zu beaufschlagen, welche insbesondere dazu geeignet ist, das Modul (1) durch Wechselwirkung mit dem Thermofluid (3) thermisch zu konditio- nieren .
4. Modul gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das Fluid in der Fluidleitung (14) nicht mit dem Thermofluid (3) überein stimmt.
5. Modul gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s
der Fluidkreislauf (15) mit einer Heizvorrichtung (13) insbe¬ sondere außerhalb des Moduls (1) thermisch verschaltet ist, mittels welcher das Fluid in der Fluidleitung (14) thermisch konditioniert werden kann.
6. Modul gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s
das Modul (1) fluiddicht ausgeführt ist.
7. System (100) umfassend wenigstens zwei Module (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s
die wenigstens zwei Module (1) beide mit einem einzigen, we¬ nigstens teilweise externen Fluidkreislauf (15) zur
Energetisierung der jeweiligen Antriebseinheiten (11) der Module (1) fluidtechnisch verschaltet sind.
8. System (100) gemäß Anspruch 7,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s
der wenigstens teilweise externe Fluidkreislauf (15) eine An¬ zahl an Ventilen (20) aufweist, welche dazu ausgebildet sind, den Fluidstrom (16) in der Fluidleitung (14) zu einem oder in einem Modul (1) einzustellen.
9. Fluidenergiemaschine (10) umfassend eine Antriebseinheit (11) und eine Fördereinheit (12), die beide miteinander zur Drehkraftübertragung gekoppelt sind, bevorzugt zur Strömungs¬ erzeugung in einem Thermofluid (3) eines Moduls (1) gemäß An¬ spruch 1 bis 6,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s
die Antriebseinheit (11) mit einer Fluidleitung (14) derart fluidtechnisch verschaltet werden kann, dass sie durch einen Fluidstrom (16) in der Fluidleitung (14) energetisiert werden kann, wobei die Antriebseinheit (11) keinen anderen Anschluss zur Versorgung mit einer weiteren externen Energiequelle aufweist.
10. Fluidenergiemaschine (10) gemäß Anspruch 9,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s
die Antriebseinheit (11) und die Fördereinheit (12) über we¬ nigstens eine Magnetkupplung (17), insbesondere über zwei Magnetkupplungen (17, 18) miteinander gekoppelt sind.
11. Fluidenergiemaschine (10) gemäß Anspruch 9 oder 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s
die Antriebseinheit (11) und die Fördereinheit (12) über eine magnetgekuppelte Verbindungswelle (19) miteinander gekoppelt sind .
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