Redoxakkumulatoranlage Redoxakkumulatoranlage
Die Erfindung betrifft eine Redoxakkumulatoranlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to a redox accumulator system according to the preamble of claim 1.
Aus der DE 10200600720β A1 ist ein Redoxakkumulator bekannt, der preiswer- te Elektrolyte enthält, eine hohe Klemmenspannung aufweist und dessen Selbstentladung vernachlässigbar ist. Dieser umfasst zwei Kammern, die Elektrolyte, nämlich wässerige Losungen von Salzen in unterschiedlichen Oxidationszustän- den beinhalten, zwei jeweils einer der Kammern zugeordnete Elektroden zur Abgabe elektrischer Energie beim Entladevorgang und Zuführung elektrische Ener- gie beim Ladevorgang und eine gemeinsame Zwischenelektrode zwischen den Kammern. Die Elektroden verhalten sich gegenüber den Elektrolyten innert und ermöglichen lediglich elektrochemische Reaktionen. From DE 10200600720β A1 a redox accumulator is known which contains inexpensive electrolytes, has a high terminal voltage and whose self-discharge is negligible. It comprises two chambers which contain electrolytes, namely aqueous solutions of salts in different oxidation states, two electrodes each assigned to one of the chambers for discharging electrical energy during the discharging process and supplying electrical energy during the charging process and a common intermediate electrode between the chambers. The electrodes behave with respect to the electrolyte within and allow only electrochemical reactions.
Die Kapazität der in der Redoxakkumulatoranlage vorhandenen Speicher hängt von der Menge der .entladenen" und .geladenen" Salzanteile ab. The capacity of the reservoirs present in the redox accumulator plant depends on the amount of "discharged" and "charged" salt fractions.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Redoxakkumulatoranlage zu schaffen, deren verfügbare Entladeleistung über einen möglichst großen Zeitraum möglichst wenig variiert und die eine Vielzahl von Lademöglichkeiten der Speicher der Redoxakkumulatoranlage ermöglicht. The invention is based on the object to provide a Redoxakkumulatoranlage whose available Entladeleistung varies as little as possible over a large period as possible and allows a variety of charging the memory of the Redoxakkumulatoranlage.
Diese Aufgaben werden bei nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die Merkmale dieses Anspruchs gelöst.
Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Untersprüchen. These objects are achieved by according to the preamble of claim 1 by the features of this claim. Further developments and advantageous embodiments will become apparent from the Untersprüchen.
Die erfindungsgemäße Lösung geht von folgenden Überlegungen aus, dass die Redoxakkumulatoranlage in der Lage ist, zuführbare und rückführbare Energie so optimal zu nutzen, dass insgesamt kaum Energieverluste auftreten und dass bisherige klimaschädliche Einwirkungen aufhören. Eine Trennung der in den Kammeranordnungen geladenen Salzanteile zu den entladenen Salzanteilen ist physikalisch nicht direkt möglich. Das Verhältnis der Salzanteile ist jedoch bestimmend für die Entlade- und Ladeleistung des Redoxakkumulators. Durch fraktionierte Entladungen in mehreren voneinander getrennten Teilkammem und Summation der Entladeleistungen der einzelnen Teilkammem werden unterschiedliche Verhältnisse der geladenen Salzanteile zu den entladenen Salzanteilen optimal für die gesamte verfügbare Entladeleistung genutzt. The solution according to the invention is based on the following considerations, that the redox accumulator system is able to optimally use feedable and traceable energy so that, overall, hardly any energy losses occur and that previous climate-damaging effects cease. A separation of the charged in the chamber assemblies salt components to the discharged salt fractions is not physically possible directly. However, the ratio of the salt components determines the discharge and charging capacity of the redox accumulator. By fractional discharges in several separate Teilkammem and summation of the discharge of the individual Teilkammem different ratios of the charged salt components are used to the discharged salt fractions optimally for the total available discharge power.
Die Teilkammem haben Überläufe zu benachbarten Teilkammern. In dem Maße, in dem das Verhältnis der geladenen Salzanteile zu den entladenen Salzanteilen von Teilkammer zu Teilkammer abnimmt, nimmt das Volumen der Teilkammem selbst und somit auch der darin vorhandenen gesamten Salzanteile zu. Gleiches gilt auch für die Fläche der Elektroden. Durch diese Maßnahme wird die an sich mit der Verringerung der Verhältnisse der geladenen Salzanteilen zu den entladenen Salzanteilen abnehmende Entladeleistung von Teilcammer zu Teilkammer ausgeglichen und sämtliche Teilkammem können die gleiche Entladeleistung bereitstellen. Dies ist Voraussetzung für eine Summation der Entladeleistungen durch eine Serienschaltung der Elektroden der Teilkammem. Durch eine kontinuierliche interne Zuführung von Elektrolyt mit geladenen Salzanteilen in Abhängigkeit der tatsächlich abgeforderten Entladeleistung ergibt sich ein stationärer Zustand hinsichtlich der Verhältnisse der geladenen Salzanteilen zu den entladenen Salzanteilen in den jeweiligen Teifcammern und damit wird das Ziel der Erfindung
erreicht, die verfügbare Entladeleistung über einen möglichst großen Zeitraum möglichtst wenig variieren zu lassen. The Teilkammem have overflows to adjacent sub-chambers. As the ratio of the charged salt fractions to the discharged salt fractions decreases from sub-chamber to sub-chamber, the volume of the sub-combs themselves, and thus also the total salt content therein, increases. The same applies to the surface of the electrodes. By this measure, the decreasing in itself with the reduction of the ratios of the charged salt fractions to the discharged salt fractions discharge capacity from part to chamber chamber is compensated and all Teilkammem can provide the same discharge capacity. This is a prerequisite for a summation of the discharge power by a series connection of the electrodes of the Teilkammem. By a continuous internal supply of electrolyte with charged salt fractions depending on the actually requested unloading power results in a steady state with respect to the ratios of the charged salt fractions to the discharged salt fractions in the respective Teifcammern and thus becomes the aim of the invention achieves that the available discharge capacity can be varied as little as possible over the largest possible period of time.
Gemäß einer Weiterbildung sind die Pumpen und Ventile mit einer Steuerschal- tung verbunden mit der die Volumenströme der Elektrolyte der in den Kammeran- ordnungen vorhandenen Satze und deren Löslichkeit in Abhängigkeit des Molverhältnisses gesteuert werden. According to a development, the pumps and valves are connected to a control circuit with which the volume flows of the electrolytes of the sets present in the chamber arrangements and their solubility are controlled as a function of the molar ratio.
Je nach Art der eingesetzten Elektrolyte ergeben sich unterschiedliche Mol- Verhältnisse für die elektrochemischen Reaktionen. Außerdem können die Salze der Elektrolyte ein unterschiedliches Lösungsverhalten in Wasser zeigen. Durch die angegebene Abhängigkeit der Steuerung der Volumenströme der Elektrolyte wird gewährleistet, dass einerseits die für die elektrochemischen Reaktionen nötigen Mengenverhältnisse der Elektrolyte eingehalten werden und zum anderen wird die Lösung der Salze aus einer übersättigten Lösung und Wasser zu einer gesättigten Lösung geführt, damit die optimale Konzentration für die elektrochemischen Reaktionen aufrecht erhalten wird. Depending on the type of electrolytes used, different molar ratios result for the electrochemical reactions. In addition, the salts of the electrolytes can show a different solution behavior in water. The specified dependence of the control of the volume flows of the electrolytes ensures that on the one hand the necessary for the electrochemical reactions ratios of electrolytes are complied with and on the other hand, the solution of the salts of a supersaturated solution and water is led to a saturated solution, so that the optimum concentration is maintained for the electrochemical reactions.
Vorzugsweise sind zwischen Elektrolytabläufen der Kammeranordnungen und den aufnehmenden Elektrolyttanks Wasserentzugsstationen in Form jeweils einer Osmosevorrichtung und zwischen den abgebenden Elektrolyttanks und Elektrolytzuläufen der Kammeranordnungen Wasseranreicherungsstationen in Form von Mischvorrichtungen angeordnet und Wasserabläufe der Osmosevorrichtungen und Wasserzuläufe der Mischvorrichtungen an einen gemeinsamen Wasserzwi- schentank angeschlossen. Water removal stations in the form of an osmosis device and between the dispensing electrolyte tanks and electrolyte inlets of the chamber arrangements are preferably arranged between electrolyte drains of the chamber arrangements and the receiving electrolyte tanks in the form of mixing devices, and water drains of the osmosis devices and water inlets of the mixing devices are connected to a common intermediate water tank.
Durch diese Maßnahme lässt sich der Wasseranteil auf die Menge beschränken, die unbedingt zum Betrieb des Redoxakkumulators notwendig ist. Das Volumen und Gewicht der Redoxakkumulatoranlage kann so auf ein Minimum begrenzt werden, was besonders für einen mobilen Betrieb vorteilhaft ist. Bei einer Osmo-
sevorrichtung kann eine ausreichende Trennung von Wasser und Salz mittels vorhandenen oder erzeugten Drucks erzielt werden, so dass diese Art des Wasserentzugs praktikabel ist. Die Wasseranreicherung in einer Mischvorrichtung ermöglicht es, aus einer übersättigten Lösung wieder eine Lösung mit gezieltem Verdun- nungsgrad herzustellen. By this measure, the water content can be limited to the amount that is absolutely necessary for the operation of the redox accumulator. The volume and weight of the Redoxakkumulatoranlage can be limited to a minimum, which is particularly advantageous for mobile operation. In an osmo- Adequate separation of water and salt can be achieved by means of existing or generated pressure, so that this type of dehydration is practicable. The water enrichment in a mixing device makes it possible to produce a solution with a specific degree of dilution from a supersaturated solution.
Mit aus den zwischengelagerten übersättigten Salzlösungen und Wasser werden gesättigte Salzlösungen erzeugt, die eine optimale Konzentration und Ausnutzung der Salze für die Enttadeleistung gewährleisten. Saturated supersaturated salt solutions and water are used to produce saturated salt solutions, which ensure optimal concentration and utilization of the salts for the discharge performance.
Weiterhin können die abgebenden Elektrolyttanks externe Betankanschlüsse und die aufnehmenden Elektrolyttanks externe Enttankanschlüsse aufweisen. Furthermore, the dispensing electrolyte tanks may have external refueling connections and the receiving electrolyte tanks may have external defrosting connections.
Dadurch ist es möglich, die Kapazität der Redoxakkumulatoranlage wiederholt in den aufgeladenen Zustand zu versetzen, aber auch durch Nebeneffekte verunreinigtes Elektrolyt gegen frisches Elektrolyt auszutauschen. This makes it possible to repeatedly put the capacity of the Redoxakkumulatoranlage in the charged state, but also replace by side effects contaminated electrolyte to fresh electrolyte.
Alternativ zum Austausch von entladenen und geladenen Salzen können in einer Ladephase die an den Elektrodenpaaren anstehenden elektrischen Potenziale der Teilkammerpaare parallel geschaltet werden. As an alternative to replacing discharged and charged salts, the electrical potentials of the partial chamber pairs present at the electrode pairs can be connected in parallel in a charging phase.
Dadurch steht das gesamte Volumen des Paares Kammeranordnungen bestehend aus den Volumina der jeweiligen Teilkammern einschließlich derer Elektroden für den Ladevorgang zur Verfügung. As a result, the entire volume of the pair of chamber arrangements consisting of the volumes of the respective sub-chambers, including their electrodes, is available for the charging process.
Nachfolgend wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen erläutert, die in den Zeichnungen dargestellt ist. The invention will be explained with reference to embodiments, which is illustrated in the drawings.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 einen ersten Teil einer Redoxakkumulatoranlage mit einem Paar von Kammeranordnungen, in denen die in den Elektrolyten gelösten Salze erster Art suk- sessive elektrochemisch reduziert werden und deshalb elektrische Energie liefern, Fig. 2 einen zweiten Teil einer Redoxakkumulatoranlage mit einem Paar von Kammeranordnungen, die dem Vorgang in Fig. 1 entspricht und ein Salz zweiter Art enthält, In the drawing show: 1 shows a first part of a redox accumulator system with a pair of chamber arrangements in which the salts of the first type dissolved in the electrolyte are successively electrochemically reduced and therefore supply electrical energy. FIG. 2 shows a second part of a redox accumulator system with a pair of chamber arrangements. which corresponds to the process in Fig. 1 and contains a salt of the second kind,
Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Redoxakkumulator der Redoxakkumulatoranlage im horizontalen Schnitt, 3 is a plan view of a Redoxakkumulator the Redoxakkumulatoranlage in horizontal section,
Fig. 4 eine Osmosevorrichtung, mit der übersättigte Salzlösungen und Wasser zur Wiederverwendung gewonnen werden können, Fig. 5 eine Mischvorrichtungen zur permanenten Bereitstellung von voll gesättigter Salzlösung, 4 shows an osmotic device with which supersaturated salt solutions and water can be recovered for reuse, FIG. 5 shows a mixing device for the permanent supply of fully saturated saline solution,
Fig. 6 ein Funktionsschema der in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten Ventilumschalter, 6 is a functional diagram of the valve switch shown in Fig. 1 and Fig. 2,
Fig. 7 eine Steuerschaltung mit Darstellung der zu verarbeitenden Eingangssignale und bereitzustellenden Ausgangssignale. 7 shows a control circuit with representation of the input signals to be processed and output signals to be provided.
Fig. 1 zeigt einen ersten Teil einer Redoxakkumulatoranlage mit einem Paar Kammeranordnungen A und Fig. 2 zeigt einen zweiten Teil einer Redoxakkumulatoranlage mit einem Paar Kammeranordnungen B. Ein zusammenhängender Aufbau der Kammeranordnungen A und B ergibt sich in Verbindung mit Fig. 3. Diese zeigt eine Draufsicht auf den Redoxakkumulator im horizontalen Schnitt, mit allen Kammeranordnungen A und B, die bei Bedarf momentan aktiv werden können. Die Kammeranordnungen A umfassen Teilkammern A0 bis A4, wobei sich zu bei-
den Seiten der zentralen Teilkammer AO Teilkammern A1 und A2 und an die Teilkammern A1 und A2 wiederum Teifcammem A3 und A4 anschließen. Die Teilkammer AO ist mit einer Elektrolytleitung aO verbunden, während die letzten Teil- kammem A3, A4 jeweils mit Elektrolytleitungen a1, a2 verbunden sind. Die anei- nanderg renzenden Teilkammern sind durch Elektrolytüberlaufe UE strömungsver- bunden. Analoges gilt für die Kammeranordnungen B. Fig. 1 shows a first part of a redox accumulator system with a pair of chamber assemblies A and Fig. 2 shows a second part of a redox accumulator system with a pair of chamber assemblies B. A related construction of the chamber assemblies A and B is shown in connection with Fig. 3. This shows a Top view of the Redoxakumumulator in horizontal section, with all chamber arrangements A and B, which can be momentarily active when needed. The chamber arrangements A comprise sub-chambers A0 to A4, whereby connect to the sides of the central sub-chamber AO sub-chambers A1 and A2 and to the sub-chambers A1 and A2 in turn Teifcammem A3 and A4. The partial chamber AO is connected to an electrolyte line aO, while the last partial chambers A3, A4 are each connected to electrolyte lines a1, a2. The adjoining subchambers are flow-connected by electrolyte overflows UE. The same applies to the chamber arrangements B.
Die Elektrolytuberlaufe UE sind in ihrer Höhe so angeordnet, dass der Elektrolyt immer von der kleineren Teilcammer in die nächst größere fließen kann. Außer- dem befinden sich Überläufe paarweise bei den in den Kammeranordnungen A und B dargestellten Teilkammern auf gleichen Höhen, so dass gleichgroße Teilkammern auch gleich nachgefüllt werden. Alle Überlaufe sind mit einer wasserabweisenden Schicht versehen, die beispielweise Nanopartikel enthalt, so dass keine elektrischen Kriechströme zwischen den Teilkammern auftreten können. Alle Teilkammern der Kammeranordnungen A und B sind elektrisch voneinander getrennt und haben eigene Elektroden. Die beiden Teilkammem AO und BO sind am kleinsten und weisen beim Entladen das grüßte Verhältnis von geladenem Salz zu entladenem Salz auf. Demgegenüber sind die Teilkammem A1 und A2 sowie A3 und A4 jeweils größer. Das Entsprechende gilt für die Kammeranordnungen B. The electrolyte overflow UE are arranged in their height so that the electrolyte can always flow from the smaller part of the chamber into the next larger. In addition, overflows are in pairs at the sub-chambers shown in the chamber arrangements A and B at the same heights, so that equal-sized sub-chambers are also refilled immediately. All overflows are provided with a water-repellent layer containing, for example, nanoparticles, so that no electrical leakage currents can occur between the sub-chambers. All sub-chambers of the chamber assemblies A and B are electrically isolated from each other and have their own electrodes. The two Teilkammem AO and BO are the smallest and have on unloading the largest ratio of charged salt to discharged salt. In contrast, the Teilkammem A1 and A2 and A3 and A4 are each larger. The same applies to the chamber arrangements B.
Das Verhältnis von geladenem Salz zum entladenen Salz ist in den auf die kleinsten Teilkammem AO und BO folgenden Teilkammem jeweils kleiner. Deshalb muss die Reaktionsflache der Elektroden und das Volumen der Teilkammem entsprechend zunehmen. Mit der Aufteilung der Kammeranordnungen A und B in Teil- kammem und mit der in Strömungsrichtung des Elektrolyts zunehmenden Größe wird erreicht, dass eine Entladung möglich ist bei der alle Teilkammernpaare ständig etwa gleiche Leistung liefern. Die in Fig. 3 dargestellten elektrischen Umschalter S1 bis S8 ermöglichen eine elektrische Reihenschaltung aller Elektroden
aller Kammeranordnungen A und B zu einem Plus- und Minuspol, womit eine hohe Klemmenspannung für elektrische Verbraucher zur Verfügung steht. The ratio of charged salt to discharged salt is smaller in each case in the partial chambers following the smallest partial chambers AO and BO. Therefore, the reaction area of the electrodes and the volume of Teilkammem must increase accordingly. With the division of the chamber arrangements A and B in Teilkammem and increasing in the flow direction of the electrolyte size is achieved that a discharge is possible in which all partial chamber pairs constantly deliver about the same power. The electrical switch S1 to S8 shown in Fig. 3 allow an electrical series connection of all electrodes All chamber assemblies A and B to a plus and minus pole, which is a high terminal voltage for electrical consumers available.
Pumpen PA, PB und Ventile 111 A, U2A, U3A; U4A, U1B, U2B, U3B U4B sind mit einer in Fig. 7 dargestellten Steuerschaltung SS verbunden, womit Volumenstrome der Elektrolyts in jedem Teil des Paares Kammeranordnungen in Abhängigkeit des Molverhältnisses der in den Kammeranordnungen A und B vorhandenen Salze und deren Löslichkeit gesteuert werden und ebenfalls ein Austausch der Salze zur Vorbereitung einer längeren Auf ladenphase der Redoxakkumulatoranlage ge- steuert wird. Pumps PA, PB and valves 111 A, U2A, U3A; U4A, U1B, U2B, U3B U4B are connected to a control circuit SS shown in Fig. 7, whereby volumetric flows of the electrolyte in each part of the pair of chamber assemblies are controlled depending on the molar ratio of the salts present in the chamber assemblies A and B and their solubility and also an exchange of the salts is controlled in preparation for a longer charging phase of the redox accumulator system.
Zu dem Zweck gibt es einen Zulauf aO zur Teilkammer AO und einen Zulauf bO zur Teilkammer BO . Die zugehörigen Abläufe der Elektrolyte sind für die Kammeranordnungen A in Fig. 1 und Fig. 3 mit a1 und a2 und in Fig. 2 und Fig. 3 für die Kammeranordnungen B mit b1 und b2 bezeichnet. Zum gesteuerten Transport der Elektrolytflüssigkeiten sind, wie Fig. 1 und Fig. 2 zeigen, Pumpen PA und PB vorgesehen, die von Elektromotoren EMA und EMB angetrieben werden. Die Pumpe PA transportiert die abfließende Elektrolytflüssigkeit der Kammeranordnung A und die Pumpe PB die der Kammeranordnung B. For this purpose, there is an inlet aO to the partial chamber AO and an inlet bO to the partial chamber BO. The associated processes of the electrolytes are designated a1 and a2 for the chamber arrangements A in FIG. 1 and FIG. 3, and b1 and b2 for the chamber arrangements B in FIG. 2 and FIG. 3. For the controlled transport of the electrolyte liquids, as shown in FIG. 1 and FIG. 2, pumps PA and PB are provided which are driven by electric motors EMA and EMB. The pump PA transports the effluent electrolyte fluid of the chamber assembly A and the pump PB that of the chamber assembly B.
Der jeweilige Elektromotor kann eine in den Kolben der Pumpe führende Spindel links oder rechts herum drehen, so dass der Koben sich hin und her bewegt. Nach der Füllphase des Kolbenzylinders mit Elektrolytflüssigkeit wird diese einer Osmosevorrichtung OSA für die Kammeranordnung A und OSB für die Kammer- anordnung B zugeführt. Die Kolbenfrequenz der Kolbenpumpen PA und PB wird mit der in Fig. 7 angegeben Steuerschaltung SS so gesteuert, dass das erforderliche Molverhältnis der in den Kammern A und B vorhandenen Salze und deren Löslichkeit berücksichtigt wird, so dass immer die optimal erreichbare Entladeoder Ladeleistung gewährleistet ist
Elektrolyte mit entladenen Salzen gelangen in Ablauftanke ATA, ATB und Elektro- l te mit geladenen Salze werden aus Zulauftanks ZTA, ZTB entnommen. Eine Steuerung der Verbindungsleitungen erfolgt Ober Umschalter, und zwar Ventilum- Schalter U1A, U1B sowie U2A, U2B die zwischen Laden, Entladen und Aus schaltbar sind. The respective electric motor can turn a spindle leading into the piston of the pump to the left or to the right, so that the piston moves back and forth. After the filling phase of the piston cylinder with electrolyte liquid, it is supplied to an osmosis device OSA for the chamber arrangement A and OSB for the chamber arrangement B. The piston frequency of the piston pumps PA and PB is controlled by the control circuit SS shown in FIG. 7 in such a way that the required molar ratio of the salts present in the chambers A and B and their solubility are taken into account, so that the optimal achievable discharge or charging power is always guaranteed Electrolytes with discharged salts get into the discharge tank ATA, ATB and electroltes with charged salts are taken from feed tanks ZTA, ZTB. A control of the connecting lines is Upper switch, namely valve switch U1A, U1B and U2A, U2B which can be switched between charging, discharging and off.
Der Redoxakkumulator kann so alternativ entladen, geladen und ausgeschaltet werden. Das elektrische Laden kann durch eine interne oder externe Stromquelle erfolgen. Als interner Stromquelle eignet sich z. B. eine elektrische Maschine, die zu Antriebszwecken als Elektromotor und zu Verzögerungszwecken (Bremsen) als Generator betrieben wird und während der Verzögerungsphase rückgewonnene elektrische Energie zum Laden des Redoxakkumulators liefert, sowie ein thermischer Konverter. Als externe Stromquelle kann im Prinzip das elektrische Versor- gungsnetz oder ein autarker Generator verwendet werden. Als autarke Generatoren werden solche bevorzugt die erneuerbare Energieträger nutzen, wie Solargeneratoren, Biomassegeneratoren, Windgeneratoren als auch thennische Konverter, wie sie in der DE 102005025028 A1 beschrieben sind. Außerdem ist das externe Laden durch den Austausch der TankinhaHe möglich und auch vorgese- hen. Dazu sind zwei Enttank- ALA, ALB und zwei Betankanschlüsse ZLA, ZLB notwendig. Entladene Obersättigte Salzlösungen müssen abgepumpt und geladene übersättigte Salzlösungen müssen zugeführt werden. In Fig. 1 und Fig. 2 sind die dazu notwendigen Umschalter U3A, U3B und in Fig.6 deren Stellungen zum Austausch der Lösungen dargestellt. The redox accumulator can be alternatively discharged, charged and switched off. The electrical charging can be done by an internal or external power source. As an internal power source is z. Example, an electric machine, which is operated for driving purposes as an electric motor and for deceleration purposes (braking) as a generator and during the deceleration phase recovered electrical energy for charging the Redoxakkumulators provides, and a thermal converter. In principle, the electrical supply network or a self-sufficient generator can be used as an external power source. Self-sufficient generators are preferably those which use renewable energy sources, such as solar generators, biomass generators, wind generators and also thennic converters, as described in DE 102005025028 A1. In addition, external charging is possible and also provided by replacing the tank contents. This requires two defrosting ALA, ALB and two refueling connections ZLA, ZLB. Discharged supersaturated brine solutions must be pumped out and charged supersaturated brine solutions must be added. In Fig. 1 and Fig. 2, the necessary changeover U3A, U3B and in Fig.6 their positions for the replacement of the solutions are shown.
Während der elektrischen Ladung zwischen den Speichern ATA, ATB und ZTA, ZTB in der Redoxakkumulatoranlage werden die in Fig. 3 dargestellten Schalter S1 bis S8 so geschaltet, dass die Pluselektroden aller Kammeranordnungen B als auch die Minuselektroden der Kammeranordnungen A parallel geschaltet sind.
Wenn die in Fig. 7 angegebene elektronische Steuerung Ober den Anschluss RA festgestellt hat, dass sich die Salze in den Kammeranordnungen A und B im geladenen Zustand befinden, werden die Pumpen PA und PB solange aktiviert, bis alle Kammeranordnungen A und B leer sind. Dazu müssen die Ventilumschalter U2A und U2B sowie ebenfalls U4A und U4B auf "elektr. laden" gestellt werden und nach Beendigung wieder auf„aus". Anschließend werden alle Kammeranordnungen A und B wieder gefüllt, indem die Ventilumschalter U1A und U1B auf .laden" gestellt werden und nach der Füllung wieder auf„aus". Die beiden beschriebenen Vorgänge können während der internen und auch externen elektrischen Aufladung fortwährend alternierend ablaufen, bis der Ablauftank ATA leer und der Zulauftank ZTA voll ist. During the electrical charge between the memories ATA, ATB and ZTA, ZTB in the Redoxakkumulatoranlage the switches S1 to S8 shown in Fig. 3 are switched so that the positive electrodes of all chamber assemblies B and the negative electrodes of the chamber assemblies A are connected in parallel. When the electronic controller indicated in Fig. 7 has detected above the port RA that the salts in the chamber assemblies A and B are in the charged state, the pumps PA and PB are activated until all the chamber assemblies A and B are empty. For this, the valve switches U2A and U2B as well as also U4A and U4B must be set to " electrical charge" and after completion they should be "off." Then all chamber arrangements A and B are refilled by setting the valve switches U1A and U1B to "charge" The two described processes can continue to run alternately during the internal and external electrical charging until the drain tank ATA is empty and the supply tank ZTA is full.
Mit der in Fig. 7 angegebenen elektronischen Steuerung SS sind über elektroni- sehe Messwerterfassungen, wenn erforderlich auch mit Hilfe von Sensoren, die Steuerungs- und Regelvorgänge möglich, die einen Betrieb der Redoxakkumulato- ranlage hinsichtlich der Tankmöglichkeit und der elektrischen Auf ladungsmöglichkeiten sowohl manuell als auch automatisch eine optimale Energienutzung ermöglichen. With the electronic control SS indicated in FIG. 7, the control and regulating processes are possible via electronic measured value detectors, if necessary also with the aid of sensors, which allow operation of the redox accumulator system both manually and in terms of tank capacity and electrical charging possibilities also automatically enable optimum energy use.
Jede aus negativer Beschleunigungsenergie rückgewonnene elektrische (Energie kann und sollte zur Aufladung der in der Redoxakkumulator enthaltenen Speicher genutzt werden. Nur in der dabei auftretenden kurzen Ladezeit werden die Schalter S1 bis S8 auf laden umgeschaltet Die Salze in den Teilkammern A1 bis A4 und B1 bis B4 werden dazu nicht ausgetauscht Any electrical energy recovered from negative acceleration energy can and should be used to charge the reservoirs contained in the redox accumulator Only in the short charging time that occurs will switches S1 to S8 be switched to charging The salts in subchambers A1 to A4 and B1 to B4 will not be exchanged
Die bereits erwähnte und in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellte Osmosevorrichtung OSA, OSB soll insbesondere für einen mobilen Betrieb des Redoxakkumulators den Wasseranteil möglichst klein zu halten. Der Wasseranteil, der unbedingt zum Betrieb des Redoxakkumulators notwendig ist, ergibt sich aus dem Wassergehalt
der gesättigten und ubersättigten Salzlosungen im Redoxakkumulator in den Tanks und Osmosevorrichtungen sowie in den Leitungen. Außer einer meist hohen Trennung von Wasser und Salz durch Energiezufuhr ist eine ausreichende Trennung mittels Druck per Osmose möglich. The osmosis device OSA, OSB already mentioned and illustrated in FIG. 1 and FIG. 2 is intended to keep the water content as small as possible, in particular for mobile operation of the redox accumulator. The proportion of water which is absolutely necessary for the operation of the redox accumulator results from the water content saturated and supersaturated salt solutions in the redox accumulator in the tanks and osmotic devices as well as in the pipes. Apart from a mostly high separation of water and salt by energy supply, a sufficient separation by means of pressure by osmosis is possible.
Hauptbestandteil der Osmosevorrichtung ist eine semipermeable Folie, die wasserdurchlässig ist und für Salzmoleküle eine sperrende Wirkung hat In Fig. 4 ist ein vertikaler Schnitt einer Osmosevorrichtung dargestellt. Der Aufbau ist für die Kammeranordnungen A der gleiche wie für die Kammeranordnungen B. In einem Gefäß befinden sich meanderformig verlaufende flache Leitungen, die beidseitig semipermeable Folien SF enthalten. Die Leitung hat einen Zulauf ZL und einen Ablauf AL. Aus der im Schnitt AB angegebenen gesättigten Salzlösung GEL am Zulauf entsteht durch die Osmose am Ablauf die im Schnitt AB ersichtliche übersättigte Salzlösung UEL Das durch die semipermeablen Folien gedrungene Was- ser verläßt das Gelaß über den Wasserablauf WA und fließt in Wasserzwischentanks WSA und WSB. Die übersättigte Salzlösung wird vom Ablauf AL zu jeweils dafür vorgesehenen Tanks geleitet. Aus den horizontalen Schnitten AB und CD in Fig. 4 ist an der stärker werdenden Schattierung zu erkennen, dass die Salzkonzentration der Elektrolytflüssigkeit vom Zulauf zum Ablauf hin erheblich zunimmt. The main component of the osmotic device is a semipermeable film which is permeable to water and has a blocking effect on salt molecules. FIG. 4 shows a vertical section of an osmotic device. The structure is the same for the chamber arrangements A as for the chamber arrangements B. In a vessel there are meanderformig running flat lines containing semi-permeable films SF on both sides. The line has an inlet ZL and a drain AL. From the saturated salt solution GEL at the inlet, which is indicated in section AB, the supersaturated salt solution UEL which is obtained in section AB is produced by the osmosis at the outlet. The water which has passed through the semipermeable films leaves the outlet via the water outlet WA and flows into intermediate water tanks WSA and WSB. The supersaturated brine solution is directed from outlet AL to dedicated tanks. From the horizontal sections AB and CD in FIG. 4, it can be seen from the increasing shading that the salt concentration of the electrolyte liquid increases considerably from the inlet to the outlet.
In Fig. 5 ist dargestellt, wie die übersättigte Salzlösung in den jeweiligen Tanks mit Wasser über einen Zufluß M2 und ein Ventil V2 zu einer gesättigten Lösung L2 für den Redoxakkumulator gewonnen werden kann. Zu dem Zweck ist am Boden des Tanks ein Zulauf 1 zu einem aufsteigenden Rohr R angebracht. Ober das Rückstauventil V1 füllt sich das Rohr mit übersättigter Salzlösung L1 bis zum Pegelstand im Tank. Mit dem Wasserzulauf entsteht automatisch eine gesättigte Salzlösung 12 nach dem Prinzip von Le Chatelier ( p = c R T , p -» Druck, c -> Konzentration, R -> Gaskonstante, T -> Temperatur Grad K ) . Das Ventil V2 schließt die Wasserzufuhr automatich, wenn der Abfluß der gesättigten Salzlösung
über den Abfluß 3 gestoppt ist, weil es mit einem Schwimmer W verbunden ist der von der Salzlösung L2 bwegt wird. Das Rückstauventil V1 verhindert, das sich der Tank nicht mit Wasser füllen kann, wenn er nahezu leer ist Fig.6 zeigt ein Funktionsschema der in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten Ventilumschalter. Die Spalten zeigen, die Ventilumschalter U1A und U1B für die Stellungen Laden, Aus, Entladen, die Ventilumschalter U2A und U2B für die Stellungen Laden, Aus, Entladen und die Ventilumschalter U3A und U3B für die Stellungen Aus und Tanken als auch die Stellung der Ventilumschalter U4A und U4B bei elektri- scher Aufladung. Die Zeilen zeigen die möglichen vier Funktionen, nämlich internes Entladen, elektrisches Laden, externes Ent- und Betanken, Ausfunktion. Die Punkte zwischen Spalten und Zeilen zeigen den Zustand der Ventilumschalter bei den entsprechenden Funktionen. Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung der Steuerschaltung SS mit Eingangsgrößen und Ausgangsgrößen. Eingangsgrößen sind neben einer manuellen Steuerung ME Regelsignale RS, die die elektrische Ausgangsleistung PV optimal zur Verfügung stellen. Die Ein- und Ausgangssignale RA steuern die elektrische Energiezufuhr EQ bei allen elektischen Ladevorgängen. In Fig. 5 it is shown how the supersaturated salt solution in the respective tanks can be recovered with water via an inlet M2 and a valve V2 to a saturated solution L2 for the redox accumulator. For this purpose, an inlet 1 to an ascending pipe R is attached to the bottom of the tank. Via the backflow valve V1, the tube fills with supersaturated saline solution L1 up to the level in the tank. With the water supply, a saturated saline solution 12 is automatically generated according to the principle of Le Chatelier (p = c RT, p - »pressure, c -> concentration, R -> gas constant, T -> temperature degree K). The valve V2 closes the water supply automatically when the drain of the saturated saline solution is stopped over the drain 3 because it is connected to a float W which is moved by the saline solution L2. The backflow valve V1 prevents the tank from filling up with water when it is almost empty. FIG. 6 shows a functional diagram of the valve switch shown in FIG. 1 and FIG. The columns show the valve switches U1A and U1B for the positions Charging, Off, Discharging, the valve switches U2A and U2B for the positions Charging, Off, Discharging and the valve switches U3A and U3B for the positions Off and Refueling as well as the position of the valve selector U4A and U4B with electric charge. The lines show the possible four functions, namely internal discharging, electric charging, external refueling and refueling, deactivation. The dots between columns and rows show the state of the valve switches in the corresponding functions. Fig. 7 shows a schematic representation of the control circuit SS with input variables and output variables. Input variables are, in addition to a manual control ME control signals RS, which optimally provide the electrical output power PV. The input and output signals RA control the electrical energy supply EQ during all electrical charging operations.
Ausgangsgrößen sind die Ventilumschaltsteuerungen VS (Fig. 1 und Fig. 2), die Pumpensteuerungen ESA und die Umschaltsteuerung der elektrischen Umschal- ter S1 bis S8 (Fig. 3). Output variables are the valve switching controls VS (FIG. 1 and FIG. 2), the pump controls ESA and the switching control of the electrical change-over switches S1 to S8 (FIG. 3).
Die Aufgaben der in Fig. 7 dargestellten Steuerschaltung SS ergeben sich aus den Funktionsbedingungen und den möglichen einstellbaren Betriebsarten der Anlage. Die Methoden der Steuer- und Regelprozesse sind bekannt Die dazu erforder- liehe Elektronik ist ebenfalls bekannt und einsetzbar.
The tasks of the control circuit SS shown in FIG. 7 result from the functional conditions and the possible adjustable operating modes of the system. The methods of the control and regulating processes are known. The electronics required for this purpose are likewise known and usable.