WO2012140015A1 - Wärmespeichermodul und wärmespeicher - Google Patents

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WO2012140015A1
WO2012140015A1 PCT/EP2012/056455 EP2012056455W WO2012140015A1 WO 2012140015 A1 WO2012140015 A1 WO 2012140015A1 EP 2012056455 W EP2012056455 W EP 2012056455W WO 2012140015 A1 WO2012140015 A1 WO 2012140015A1
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WO
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heat storage
heat
storage module
graphite
tube
Prior art date
Application number
PCT/EP2012/056455
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English (en)
French (fr)
Inventor
Siegfried Rauch
Werner Guckert
Christian Kipfelsberger
Robert Michels
Original Assignee
Sgl Carbon Se
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D20/0056—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using solid heat storage material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/02—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of carbon, e.g. graphite
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D2020/0004—Particular heat storage apparatus
    • F28D2020/0013—Particular heat storage apparatus the heat storage material being enclosed in elements attached to or integral with heat exchange conduits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2275/00—Fastening; Joining
    • F28F2275/20—Fastening; Joining with threaded elements
    • F28F2275/205—Fastening; Joining with threaded elements with of tie-rods
    • 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
    • Y02E60/14—Thermal energy storage

Definitions

  • the invention relates to a heat storage module according to the preamble of claim 1 and a heat accumulator according to the preamble of claim 31.
  • WO2009 / 144233 A1 discloses a device and system for storing thermal energy, for example in large-scale solar thermal systems.
  • the thermal energy is stored there in a large monolithic concrete block in which a pipe system is embedded.
  • a heat transfer fluid Through the pipe system flows a heat transfer fluid, which allows to load and unload the concrete block with thermal energy.
  • the pipes of the pipe system are completely and not removable again poured into the concrete block, but mechanically decoupled from the concrete block by a film wrapping made of graphite.
  • the disadvantage here is that after the manufacture of the device, ie the casting of the concrete block including the tubes contained therein, no changes can be made. For example, with a defective pipe in the concrete block, the large and heavy concrete block must be completely replaced.
  • the object of the invention is therefore to provide a heat storage block, a heat storage module and a heat accumulator mentioned above, which overcome the disadvantages mentioned above and allow easy production, transport, installation and maintenance of the heat storage module and the heat storage.
  • the invention is a simple adaptation of the heat storage to the desired heat storage capacity and an effective and fast loading and Allow discharge of the heat storage module or the heat storage with heat energy.
  • heat storage module having the features of claim 1 and a heat accumulator having the features of claim 31.
  • heat energy means thermal energy, so “cold” could also be stored in the inventive heat storage modules and heat storage in order to achieve, for example, cooling or cooling in the heat storage modules for a cooling application
  • the heat storage modules and the heat storage are therefore not limited to heating applications, but also applicable in cooling applications.
  • a heat storage module mentioned at the beginning is characterized in that it has a first heat storage block and at least one second heat storage block of concrete-containing material, wherein at least the first heat storage block has at least one first elongated depression for receiving the pipe.
  • An initially mentioned heat accumulator is inventively characterized in that it is formed from one or more successive and / or in a plane adjacent heat storage modules according to one of the preceding claims.
  • the tube may advantageously be surrounded by a covering of graphite-containing material.
  • a heat storage in a simple manner in size and heat storage capacity can be adapted to different local conditions. Also, simply already installed heat storage can be increased or decreased. Old or defective heat storage modules or pipes can be easily repaired or replaced.
  • a first graphite-shaped molding adapted to the shape of the first depression can be arranged to receive the pipe.
  • the first heat storage block of the heat storage module may have on its side opposite the first elongated recess at least one further recess, optionally with an arranged therein, adapted to the shape of the further recess further graphite-containing molding for receiving a further tube.
  • the second heat storage block can have at least one second elongated depression facing the first elongated depression of the first heat storage block and optionally having a second graphite-containing molding adapted to the shape of the second depression for accommodating the tube.
  • the graphite-containing molded parts inserted into the elongated recesses may form the graphite-containing material surrounding the pipe, ie the pipe does not have its own covering of graphite-containing material.
  • the tube can also be surrounded by a covering of graphite-containing material.
  • a plurality of juxtaposed depressions in one or both heat storage blocks for receiving a plurality of tubes of the heat accumulator can be provided.
  • the heat storage blocks can consist essentially of block-shaped concrete blocks with connecting surfaces in which the elongate depressions extend. Further, while the heat storage blocks may have perpendicular to the connecting surfaces extending recesses and reaching through this connecting element, not only to hold together two superposed heat storage blocks by your weight, but also firmly connect with each other. It is particularly advantageous that the arranged between the heat storage blocks in the elongated recesses graphite-shaped moldings are pressed firmly against the connecting surfaces of the heat storage blocks, each other and to the pipe, so that always a good heat transfer over the graphite-containing moldings is achieved.
  • the heat storage blocks may be offset with graphite-containing particles. Further, this can also be incorporated into the concrete-containing material of the heat storage block graphite-containing moldings. In a production engineering favorable development of this embodiment, the graphite-containing moldings have breakthroughs for receiving the concrete-containing material, so that the mold body can be poured firmly into a concrete cast heat storage block without affecting its stability significantly.
  • the graphite-containing shaped bodies can be sheet-like heat conducting layers, in particular as foils and / or sheets of expanded graphite.
  • the graphite-containing molded parts and the heat-conducting elements are preferably made of known films and / or graphite expanded graphite plates. This has the advantage that the compressible, in certain areas elastic solidified and / or compressed Graphitexpandat always comes to rest well in contact with the pipe and the other components of the heat storage modules. Further, this can be done, for example, by different heat coefficients of the concrete and the Material of the tubes, usually plastic or metal, caused different spatial dimensions of these materials are easily compensated by the solidified and / or compressed graphite expandate.
  • the heat conducting layers and a plurality of concrete-containing heat storage layers can be mechanically connected to a heat storage block, wherein the heat conducting layers and heat storage layers aligned recesses for receiving connecting elements, such as threaded rods have.
  • the heat storage blocks can have alignment elements for mutually aligning heat storage blocks lying on one another.
  • the heat storage blocks may include means for preventing slippage of superposed heat storage blocks to increase the stability of heat storage modules and heat storage thereby formed.
  • the graphite-containing moldings consist of elongated graphite-containing plates, in particular of compressed graphite expandate, wherein the graphite-containing moldings each have on their sides facing each other an elongated channel for receiving the tube.
  • the elongated grooves may have a semicircular cross section whose radius is advantageously equal to or slightly smaller than the outer radius of the tube.
  • one or more graphite-containing heat-conducting elements can be arranged in regions between the first heat storage block and the second heat storage block, which preferably consist of graphite-containing films and / or plates, in particular of compressed graphite expandate. This results in a further improvement of pulp energieein- or discharge into the adjacent parts of the heat storage blocks. Overlap one or more of the slaughterleitiata at least in an edge region of the inserted into the recesses graphite-containing moldings with these, the heat conduction between them can be further improved.
  • the heat accumulator can advantageously also be operated with hot fluids carrying high temperatures and heat energy, for example more than 400 ° C. fluid temperature. This may also be advantageous with an inert atmosphere, e.g. a nitrogen atmosphere, realized.
  • Fig. 1 is a schematic three-dimensional exploded view of a heat storage module according to the invention
  • Fig. 2 is a plan view of the end face of the heat storage module of Fig. 1;
  • Fig. 3 is a schematic three-dimensional view of a lower heat storage block according to the invention of the heat storage module of Fig. 1;
  • Fig. 4 is a plan view of interconnected heat conducting layers of the heat storage block of Fig. 3;
  • FIG. 5 is a plan view of the end face of the heat conducting layers of FIG. 4;
  • FIG. 6 shows a schematic three-dimensional exploded view of an alternative heat storage module according to the invention
  • FIG. 7 shows a schematic three-dimensional view of a lower heat storage block according to the invention of the heat storage module of FIG. 6;
  • FIG. 8 shows a frontal plan view of a heat conducting layer of the heat storage block from FIG. 7;
  • FIG. 7 shows a schematic three-dimensional view of a lower heat storage block according to the invention of the heat storage module of FIG. 6;
  • FIG. 8 shows a frontal plan view of a heat conducting layer of the heat storage block from FIG. 7;
  • FIG. 8 shows a frontal plan view of a heat conducting layer of the heat storage block from FIG. 7;
  • FIG. 9 shows a schematic three-dimensional view of a heat storage element of the heat storage block from FIG. 7;
  • FIG. 10 shows a schematic three-dimensional exploded view of a further alternative heat storage module according to the invention.
  • Fig. 1 1 is a schematic plan view of the end face of the heat storage module of Fig. 10 in the assembled state.
  • FIG. 12 is a schematic top view of the heat storage module of FIGS. 10 and 11 from above; FIG.
  • Fig. 13 is a schematic three-dimensional view of an end face of a heat accumulator according to the invention.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a heat storage module 1 according to the invention with a lower heat storage block 2 and an upper heat storage block 3.
  • the identically formed cuboid heat storage blocks 2, 3 each have a trapezoidal longitudinal recess 4, 5 which extends over the entire length of the heat storage blocks 2 , 3 is enough.
  • the heat storage blocks 2, 3 consist predominantly of concrete or other heat-storable hard materials.
  • the recesses 4 and 5 are each formed as graphite-containing elongated tubular shells 6, 7 formed graphite-containing moldings, which have a shape adapted to the recesses 4, 5, here trapezoidal cross-section.
  • the tubular shells 6, 7 consist of compacted, usually pressed to sheets or plates, expanded graphite, which is compressible and elastic to some extent.
  • the tubular sheaths 6, 7 have on their longer side in cross-section semi- circular grooves 8, 9, which form a channel for a pipe 10 in the installed state.
  • the tube 10 serves to guide a heat-conducting and carrying fluid, e.g. Heating water, thermal oil or steam, for loading or unloading the heat storage module 1 with heat energy.
  • a heat-conducting and carrying fluid e.g. Heating water, thermal oil or steam
  • It consists of a good heat-conducting material, preferably metal, more preferably copper, aluminum or steel. However, it can also consist of other, good heat conducting materials, e.g. plastic mixed with graphite particles.
  • the grooves 8, 9 have a slightly smaller diameter than the outer diameter of the tube 10, so that the tube shells 6, 7 are pressed firmly against the tube 10. Since the tubular casings 6, 7 are compressible and elastic, the tubular casings 6, 7 always remain in good heat-conductive contact with the tube 10, independently of the expansions of the tube 10 caused by different temperatures of the fluid in the tube 10.
  • the tubular sheaths 6, 7 ensure that heat energy from the medium conducted through the tube 10 is conducted quickly to the connecting surfaces of the tubular sheaths 6, 7 with the heat storage blocks 2, 3 in order to enter the heat energy into the heat storage blocks 2, 3 as quickly as possible. The same applies to the fast and effective energy removal from the heat storage blocks 2, 3rd
  • planar heat-conducting elements 1 1, 12, in particular foils or plates of compressed, expanded graphite are connected at least at edge regions with the tubular shells 6, 7 so that a good heat conduction between the tube shells 6, 7 and the heat-conducting elements 1 1, 12 is ensured.
  • the heat-conducting elements 1 1, 12 can be connected by compressing due to the weight of the upper heat storage block 3 good thermal conductivity with the tube shells 6, 7.
  • this compound can also be advantageously carried out via a thermal adhesive.
  • the heat-conducting elements 1 1, 12 ensure that heat energy from the medium conducted through the tube 10 spreads rapidly over the entire connecting surface of the heat storage blocks 2, 3, in order to enter the thermal energy as quickly as possible into the heat storage blocks 2, 3. The same applies to the fast and effective energy removal from the heat storage blocks 2, 3rd
  • the heat conducting layers 13 to 15 have a multiplicity of openings 23, as shown in FIG. 5 on the basis of the heat conducting layer 13.
  • the heat storage block 2 is continuously stable and the heat conducting layers 13 sinch still firmly connected to the heat storage block 2.
  • the heat conducting layers 13 to 15 are completely or partially slightly over the adjacent heat storage layers 16 to 19 of the heat storage block 2 and 3, so that they are when stacking the heat storage blocks 2 and 3 fixed to the tubular shells 6, 7 and the heat-conducting elements. 1 , 12 are pressed.
  • the heat energy can be quickly entered into the heat storage layers 16 to 19 of the heat block 2 from fluid in the tube 10 via the tube shells 6, 7, the heat conducting elements 11, 12 and the heat conducting layers 13 to 15.
  • quickly stored heat energy from the heat storage layers 16 to 19 are led to the fluid in the pipe 10.
  • An alternative heat storage module 101 differs essentially in the form of heat storage blocks 102, 103 from the heat storage blocks 2, 3 of the heat storage module 1 of FIGS. 1 to 5. Functionally identical parts are therefore designated with reference numerals increased by 100 as indicated in Fig. 1 to 5, for example Heat storage blocks 102, 103 in Fig. 6 instead of heat storage blocks 2, 3 in Fig. 1st
  • heat conducting layers 13 to 15 and heat storage layers 16 to 19 of the heat storage block 102 are not firmly sealed together. Rather, in heat storage module 101, the heat conducting layers 1 13 to 15 formed from graphite-containing material, in particular expanded, pressed graphite plates have only two recesses 120 and 121, and no openings 19 as in the heat-conducting layer 13 shown in FIG. 4, as in FIG. 8 particularly easy to recognize.
  • Cast concrete heat storage elements 1 16 to 1 19 of the heat storage block 102 have the shape shown in Fig. 9. In particular, these are also with Recesses 122 and 123 are provided, which are aligned in the assembled state shown in Fig. 7 of the heat storage block 102 with the recesses 120 and 121 of the bathleit harshen 1 13 to 1 15.
  • the heat conducting layers 1 13 to 15 and the heat storage layers 1 16 to 1 19 are held together by threaded rods 124 and 125 screwed on opposite sides, wherein only the front screws 126 and 127 on the visible side of the heat storage block 102 are fully extended in FIG. Corresponding screws 126 'and 127' are indicated on the heat storage layer 1 16 opposite side.
  • the length of the heat storage block 102 corresponding to the desired heat storage capacity of a heat storage module 101 can also be adapted in a simple manner even after casting by using a different number of heat storage layers.
  • damaged heat conducting layers and / or heat storage layers can be easily replaced.
  • this embodiment of the heat storage module 101 enables easy transportation and easy on-site installation of both the heat storage module 101 and a heat storage device composed of multiple heat storage modules 101 since relatively small and handy items can be provided.
  • a further alternative heat storage module 201 differs essentially in the attachment of heat storage blocks 202, 203 from the heat storage blocks 2, 3 of the heat storage module 1 of FIGS. 1 to 5 increased by 200 reference numerals as in Fig. 1 to 5, for example Heat storage blocks 202, 203 in FIG. 10 instead of heat storage blocks 2, 3 in FIG. 1. For this reason, the differences to the two heat storage modules 1 and 101 described above are essentially described below.
  • the heat storage blocks 202 and 203 of the heat storage module 201 are connected to one another by threaded rods 220, 220 '.
  • the threaded rods 220, 220 ' are indicated by dashed lines, vertical right to the plate planes of the heat storage blocks 202, 203 extending, hollow cylindrical recesses 221, 221 'and 222, 222' in the heat storage blocks 202, 203, wherein the recesses 221, 221 'and 222, 222' in the assembled state of the heat storage module 201 together aligned.
  • tubular casings 206, 207 and heat conducting elements 208, 209 which are made of expanded graphite foils or plates, are firmly connected to mutually facing surfaces of the heat storage blocks 202, 203 become. In this way, a good and permanent installation of the tube shells 206, 207 and the heat conducting elements 208, 209 on the heat storage blocks 202 and 203 and in particular the heat storage layers 216 to 219 can be ensured.
  • the heat storage blocks 2, 3 additional, indicated in Fig. 12 cylindrical recesses 223, 223 ', which have slightly larger diameter than the washers and nuts with which the threaded rods 220, 220' are screwed against each other.
  • the recesses 223, 223 ' are each deeper than the largest projections of the threaded rods 220, 220' on the opposite sides of the heat storage blocks 202, 203.
  • Two or more heat storage modules can thus be easily assembled to a heat storage according to the invention, wherein by the supernatants of the threaded rods 220, 220 'and the recesses 223, 223' at the same time alignment and anti-slip devices can be provided. These ensure that the heat storage modules are flush with each other and can not slip against each other in the area direction.
  • each of the upper heat storage block 2, 102 directed upwards has truncated cones, while the lower heat storage block 3, 103 has correspondingly formed conical depressions .
  • the truncated cones and conical depressions are in this case fitted together and aligned with one another in such a way that they intermesh in the assembled state of the heat storage module 1 or 101.
  • two or more heat storage modules 1 or 101 placed on top of each other can be aligned with one another during stacking and secure against lateral slippage in the area direction.
  • Cone and cone-shaped recesses have the particular advantage that they have a self-centering function, ie that two initially not exactly aligned heat accumulation modules during engagement in the overlap in the aligned position.
  • FIG. 13 shows a further heat storage module 301 according to the invention with an alternative embodiment of heat storage blocks 302, 303 and 313. Since the heat storage blocks 302, 303, 313 are identical, only the heat storage block 302 will be described below, corresponding statements also apply to the heat storage blocks 303 and 313.
  • the heat storage block 302 is again made of a cast concrete block, which may be equipped as shown in the heat storage blocks described above, not shown with heat conducting layers of Graphitexpandatfolien or plates.
  • the heat storage block 302 has instead of only one channel 4 on a surface side on both sides of the surface more trough-shaped upper longitudinal grooves 304, 304 ', 304 "and lower longitudinal grooves 305, 305', 305" on.
  • the adjacent heat storage block 303 is aligned with the heat storage block 302 such that the upper longitudinal grooves 304, 304 ', 304 "of the lower heat storage block 302 are aligned with the lower longitudinal grooves 305, 305', 305" of the upper heat storage block 303.
  • a heat store 300 can be provided by the embodiment shown in FIG. 13, wherein heat storage modules 301 and 301 'can be thought of as being interconnected by respective adjacent heat storage blocks.
  • heat storage blocks 302 and 303 form the heat storage module 301
  • heat storage blocks 303 and 313 form the heat storage module 301 '.
  • heat storage modules 1, 101, 201, 301 and 301 ' can be by stacking and juxtaposing appropriate heat storage modules in a simple way heat accumulator according to the invention composed, with an adjustment of the required heat storage capacity can be made easily and even during installation on site can.
  • the heat accumulator could additionally be provided with electrical heating elements which, like the tubes of the above embodiments embedded in the graphite-containing moldings and possibly also alternatively or additionally in the sheet-like heat conducting and / or réelleleit harshen between them can be inserted.
  • the heat storage modules and following the heat storage can be electrically heated, so that later the stored heat via the pipes as described above from the heat storage module and the heat storage are deducted and can be supplied to a steam turbine, for example.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wärmespeichermodul zur Aufnahme mindestens eines in Beton eingebetteten, von einem graphithaltigen Material umgebenen Rohres für ein Wärmeenergie tragendes Fluid, dadurch gekennzeichnet, dass es einen ersten Wärmespeicherblock und mindestens einen zweiten Wärmespeicherblock aus betonhaltigem Material aufweist und wobei zumindest der erste Wärmespeicherblock mindestens eine erste länglichen Vertiefung zur Aufnahme des Rohres aufweist.

Description

Wärmespeichermodul und Wärmespeicher
Die Erfindung betrifft ein Wärmespeichermodul nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und einen Wärmespeicher nach dem Oberbegriff des Anspruchs 31 .
Aus der WO2009/144233 A1 ist eine Vorrichtung und Anlage zum Speichern von thermischer Energie zum Beispiel bei solarthermischen Großanlagen bekannt. Die thermische Energie wird dort in einem großen monolithischen Betonblock gespeichert, in welchem ein Rohrsystem eingebettet ist. Durch das Rohrsystem fließt eine wärmeübertragende Flüssigkeit, die es erlaubt, den Betonblock mit thermischer Energie zu be- und entladen. Hierbei sind die Rohre des Rohrsystems vollständig und nicht wieder entnehmbar in dem Betonblock eingegossen, allerdings durch eine Folienumhüllung aus Graphit mechanisch vom Betonblock entkoppelt. Nachteilig hierbei ist, dass nach dem Herstellen der Vorrichtung, sprich dem Vergießen des Betonblocks einschließlich der darin enthaltenen Rohre, keine Änderungen mehr vorgenommen werden können. So muss bei einem defekten Rohr im Betonblock der große und schwere Betonblock komplett ausgetauscht werden. Auch ist eine Reparatur eines defekten Rohres in der Regel kaum möglich, da der Betonblock in diesem Fall zerstört werden müsste. Auch kann der große, schwere und sperrige Betonblock nur mit großem Aufwand transportiert werden. Eine Anpassung an die eine gewünschte Speicherleistung der Vorrichtung ist dort vor allem durch die Vorgabe der Abmessungen des Betonblocks möglich, eine nachträgliche Anpassung kaum möglich.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, einen eingangs genannten Wärmespeicherblock, ein Wärmespeichermodul und einen Wärmespeicher bereitzustellen, welche die oben genannten Nachteile überwinden und eine einfache Herstellung, Transport, Montage und Wartung des Wärmespeichermoduls und des Wärmespeichers ermöglichen. Weiter soll die Erfindung eine einfache Anpassung des Wärmespeichers an die gewünschte Wärmespeicherkapazität sowie eine effektive und schnelle Be- und Entladung des Wärmespeichermoduls bzw. des Wärmespeichers mit Wärmeenergie ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch ein Wärmespeichermodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einen Wärmespeicher mit den Merkmalen des Anspruchs 31 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Unter dem hier verwendeten Begriff„Wärme", „Wärmeenergie" etc. ist vorliegend thermische Energie zu verstehen, in den erfindungsgemäßen Wärmespeichermodulen und Wärmespeicher könnte also auch „Kälte" gespeichert werden, um beispielsweise eine Kühlung zu erreichen oder für eine Kühlanwendung Kälte in den Wärmespeichermodulen und Wärmespeicher zu speichern. Die Wärmespeichermodule und der Wärmespeicher sind also nicht auf Heizanwendungen begrenzt, sondern auch bei Kühlanwendungen anwendbar.
Erfindungsgemäß ist ein eingangs genanntes Wärmespeichermodul dadurch gekennzeichnet, dass es einen ersten Wärmespeicherblock und mindestens einen zweiten Wärmespeicherblock aus betonhaltigem Material aufweist, wobei zumindest der erste Wärmespeicherblock mindestens eine erste längliche Vertiefung zur Aufnahme des Rohres aufweist. Ein eingangs genannter Wärmespeicher ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass er aus einem oder mehreren aufeinander und/oder in einer Ebene nebeneinander angeordneten Wärmespeichermodulen nach einem der voranstehenden Ansprüche gebildet ist. Hierbei kann dass Rohr vorteilhaft mit einer Umhüllung aus graphithaltigem Material umgeben sein.
Hierdurch kann ein Wärmespeicher auf einfache Weise in seiner Größe und Wärmespeicherkapazität an unterschiedliche Gegebenheiten vor Ort angepasst werden. Auch können einfach bereits installierte Wärmespeicher vergrößert oder verkleinert werden. Alte oder defekte Wärmespeichermodule oder Rohre können einfach repariert oder ausgetauscht werden.
In einer vorteilhaften Ausführung kann in der mindestens ersten länglichen Vertiefung ein an die Form der ersten Vertiefung angepasstes erstes graphithaltiges Formteil zur Aufnahme des Rohres angeordnet sein. In einer vorteilhaften Ausführung kann der erste Wärmespeicherblock des Wärmespeichermoduls auf seiner der ersten länglichen Vertiefung gegenüberliegenden Seite mindestens eine weitere Vertiefung, gegebenenfalls mit einem darin angeordneten, an die Form der weiteren Vertiefung angepassten weiteren graphithaltigen Formteil zur Aufnahme eines weiteren Rohres aufweisen. Hierdurch kann der Wärmespeicher einfach aus übereinander gestapelten Wärmespeichermodulen gebildet werden, wobei zwischen benachbarten Wärmespeichermodulen ebenfalls ein Rohr gelegt werden kann. Hierdurch wird ein sehr kompakter Aufbau eines Wärmespeichers mit sehr schnellem Wärmeenergieeintrag bzw. -austrag in die Wärmespeicherblöcke bereitgestellt werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann der zweite Wärmespeicherblock mindestens eine der ersten länglichen Vertiefung des ersten Wärmespeicherblocks zugewandte und auf diese ausgerichtete zweite längliche Vertiefung, gegebenenfalls mit einem darin angeordneten, an die Form der zweiten Vertiefung angepassten zweiten graphithaltigen Formteil zur Aufnahme des Rohres aufweisen.
Durch Aufeinanderlegen der zueinander gewandten und aufeinander ausgerichteten länglichen Vertiefungen mit den gegebenenfalls darin eingelegten graphithaltigen Formteilen und dazwischen Einlegen des Rohres kann ein guter Übergang und einfaches Zusammenbauen des Wärmespeichermoduls erzielt werden.
Hierbei können vorteilhaft das oder die in die länglichen Vertiefungen eingelegten graphithaltigen Formteile das das Rohr umgebende graphithaltigem Material bilden, das Rohr weist also keine eigene Umhüllung aus graphithaltigem Material auf. Hierdurch wird die Vorkonfektionierung, Fertigung und Zusammenbau des Wärmespeichermoduls und des Wärmespeichers vereinfacht, da das Rohr nicht mit einer eigenen Umhüllung aus graphithaltigem Material versehen werden muss. Um den Wärmeübergang zusätzlich zu verbessern, kann das Rohr aber auch von einer Umhüllung aus graphithaltigem Material umgeben sein. In einem Wärmespeichermodul können auch mehrere nebeneinander liegende Vertiefungen in einem oder beiden Wärmespeicherblöcken zur Aufnahme mehrere Rohre des Wärmespeichers vorgesehen werden.
Herstellungs- transport- und montagetechnisch günstig können die Wärmespeicherblöcke aus im wesentlichen quaderförmigen Betonblöcken mit Verbindungsflächen bestehen, in denen die länglichen Vertiefungen verlaufen. Weiter können dabei die Wärmespeicherblöcke senkrecht zu den Verbindungsflächen verlaufende Ausnehmungen und durch diese reichende Verbindungselement aufweisen, um zwei aufeinander liegende Wärmespeicherblöcke nicht nur durch Ihr Gewicht zusammenzuhalten, sondern auch miteinander fest Verbinden zu können. Hierbei ist insbesondere vorteilhaft, dass die zwischen den Wärmespeicherblöcke in den länglichen Vertiefungen angeordneten graphithaltigen Formteile fest an die Verbindungsflächen der Wärmespeicherblöcke, aneinander und an das Rohr gepresst werden, so dass stets ein guter Wärmeübergang über die graphithaltigen Formteile erreicht wird.
Um die Wärmeübertragung in die Wärmespeicherblöcke und von den Wärmespeicherblöcken weiter zu erhöhen, können die Wärmespeicherblöcke mit graphithaltigen Partikeln versetzt sein. Weiter können hierzu auch in das betonhaltige Material der Wärmespeicherblock graphithaltige Formkörper eingebunden werden. In einer fertigungstechnischen günstigen Fortbildung dieser Ausführung weisen die graphithaltigen Formkörper Durchbrüche zur Aufnahme des betonhaltigen Materials aufweisen, so dass die Form körper fest in einen aus Beton gegossenen Wärmespeicherblock eingegossen werden können, ohne dessen Stabilität wesentlich zu beinträchtigen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung können die graphithaltigen Formkörper flächige Wärmeleitschichten, insbesondere als Folien und/oder Platten aus Graphitexpandat, sein. Auch die graphithaltigen Formteile und die Wärmeleitelemente bestehen vorzugsweise aus an sich bekannten Folien und/oder Platten aus Graphitexpandat. Dies weist den Vorteil auf, dass das kompressible, in gewissen Bereichen elastische verfestigte und/oder verdichtete Graphitexpandat stets in guter Anlage am Rohr und den anderen Bauteilen der Wärmespeichermodule zu liegen kommt. Weiter können hierdurch beispielsweise durch unterschiedliche Wärmekoeffizienten des Betons und des Materials der Rohre, in der Regel Kunststoff oder Metall, hervorgerufenen unterschiedliche räumliche Ausdehnungen dieser Materialien leicht durch das verfestigte und/oder verdichtete Graphitexpandat ausgeglichen werden.
In einer fertigungs- und montagetechnisch vorteilhaften Ausführung können die Wärmeleitschichten und mehrere betonhaltige Wärmespeicherschichten mechanisch zu einem Wärmespeicherblock verbunden werden, wobei die Wärmeleitschichten und Wärmespeicherschichten miteinander fluchtenden Ausnehmungen zur Aufnahme von Verbindungselementen, beispielsweise Gewindestangen, aufweisen.
Um mehrere Wärmespeichermodule einfach aufeinander stapeln zu können, können die Wärmespeicherblöcke Ausrichtelemente zum gegenseitigen Ausrichten aufeinander liegender Wärmespeicherblöcke aufweisen. Alternativ oder zusätzlich können die Wärmespeicherblöcke Mittel zum Verhindern des Verrutschens aufeinander liegender Wärmespeicherblöcke aufweisen, um die Stabilität dadurch gebildeter Wärmespeichermodule und Wärmespeicher zu erhöhen.
In einer günstigen Ausführung bestehen die graphithaltigen Formteile aus länglichen graphithaltigen Platten, insbesondere aus verdichteten Graphitexpandat, bestehen, wobei die graphithaltigen Formteile auf ihren einander zugewandten Seiten jeweils eine längliche Rinne zur Aufnahme des Rohres aufweisen. In einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Ausführung können die länglichen Rinnen halbkreisförmigen Querschnitt aufweisen, dessen Radius vorteilhaft gleich oder geringfügig kleiner als der Außenradius des Rohres ist. Hierdurch werden die graphithaltigen Formteile gut wärmeleitend mit dem Rohr verbunden, da stets eine vollflächige Anlage der Formteile am Rohr gegeben ist.
In einer vorteilhaften Weiterbildung können zwischen erstem Wärmespeicherblock und zweitem Wärmespeicherblock bereichsweise ein oder mehrere graphithaltige Wärmeleitelemente angeordnet sein, welche bevorzugt aus graphithaltigen Folien und/oder Platten, insbesondere aus verdichteten Graphitexpandat, bestehen. Hierdurch ergibt sich eine weitere Verbesserung des Wärmeenergieein- bzw. Austrags in die angrenzenden Teile der Wärmespeicherblöcke. Überlappen ein oder mehrere der Wärmeleitelemente zumindest in einem Randbereich der in die Vertiefungen eingelegten graphithaltigen Formteile mit diesen, kann die Wärmeleitung zwischen diesen weiter verbessert werden.
Werden die graphithaltigen Formteile, die Wärmeleitelemente und/oder die die graphithaltigen Formkörper mit Phosphat mit Phosphat imprägniert, kann der Wärmespeicher vorteilhaft auch mit hohen Temperaturen und Wärmeenergie tragenden heißen Fluiden, beispielsweise mehr als 400°C Fluidtemperatur, betrieben werden. Dies kann vorteilhaft auch mit einer inerten Atmosphäre, z.B. einer Stickstoffatmosphäre, realisiert werden.
Weitere Besonderheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische dreidimensionale Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäßen Wärmespeichermoduls;
Fig. 2 eine Draufsicht auf die Stirnseite des Wärmespeichermoduls aus Fig. 1 ;
Fig. 3 eine schematische dreidimensionale Ansicht eines erfindungsgemäßen unteren Wärmespeicherblocks des Wärmespeichermoduls aus Fig. 1 ;
Fig. 4 eine Draufsicht auf miteinander verbundene Wärmeleitschichten des Wärmespeicherblocks aus Fig. 3;
Fig. 5 eine Draufsicht auf die Stirnseite der Wärmeleitschichten aus Fig. 4;
Fig. 6 eine schematische dreidimensionale Explosionsdarstellung eines alternativen erfindungsgemäßen Wärmespeichermoduls;
Fig. 7 eine schematische dreidimensionale Ansicht eines erfindungsgemäßen unteren Wärmespeicherblocks des Wärmespeichermoduls aus Fig. 6; Fig. 8 eine stirnseitige Draufsicht auf eine Wärmeleitschicht des Wärmespeicherblocks aus Fig. 7;
Fig. 9 eine schematische dreidimensionale Ansicht eines Wärmespeicherelements des Wärmespeicherblocks aus Fig. 7;
Fig. 10 eine schematische dreidimensionale Explosionsdarstellung ei9nes weiteren alternativen erfindungsgemäßen Wärmespeichermoduls;
Fig. 1 1 eine schematische Draufsicht auf die Stirnseite des Wärmespeichermoduls aus Fig. 10 in zusammengesetztem Zustand.
Fig. 12 eine schematische Draufsicht auf das Wärmespeichermodul aus Fig. 10 und 1 1 von oben ;
Fig. 13 eine schematische dreidimensionale Ansicht einer Stirnseite eines erfindungsgemäßen Wärmespeichers.
Fig. 1 zeigt eine erste Ausführung eines erfindungsgemäßen Wärmespeichermoduls 1 mit einem unteren Wärmespeicherblock 2 und einem oberen Wärmespeicherblock 3. Die identisch ausgebildeten quaderförmigen Wärmespeicherblöcke 2, 3 weisen jeweils eine im Querschnitt trapezförmige Längsvertiefung 4, 5 auf, welche über die gesamte Länge der Wärmespeicherblöcke 2, 3 reicht. Die Wärmespeicherblöcke 2, 3 bestehen überwiegend aus Beton oder anderen wärmespeicherfähigen harten Materialien.
In die Vertiefungen 4 und 5 werden jeweils als graphithaltige längliche Rohrhüllen 6, 7 ausgebildete graphithaltige Formteile eingelegt, die einen an die Form der Vertiefungen 4, 5 angepassten, hier trapezförmigen Querschnitt aufweisen. Bevorzugt bestehen die Rohrhüllen 6, 7 aus verdichtetem, üblicherweise zu Folien oder Platten gepresstem, expandiertem Graphit, das in gewissem Umfang kompressibel und elastisch ist. Die Rohrhüllen 6, 7 weisen auf ihrer längeren Seite im Querschnitt halb- kreisförmige Rinnen 8, 9 auf, welche im eingebauten Zustand einen Kanal für ein Rohr 10 bilden.
Das Rohr 10 dient zur Führung eines wärmeleitenden und -tragenden Fluids, z.B. Heizwasser, Thermoöl oder Dampf, zum Be- bzw. Entladen des Wärmespeichermoduls 1 mit Wärmeenergie. Es besteht aus einem gut wärmeleitenden Material, bevorzugt Metall, besonders bevorzugt Kupfer, Aluminium oder Stahl. Es kann aber auch aus anderen, gut wärmeleitenden Materialien bestehen, z.B. mit Graphitpartikeln versetztem Kunststoff.
Die Rinnen 8, 9 weisen einen etwas kleineren Durchmesser auf als der Außendurchmesser des Rohrs 10, so dass die Rohrhüllen 6, 7 fest an das Rohr 10 gepresst werden. Da die Rohrhüllen 6, 7 kompressibel und elastisch sind, bleiben die Rohrhüllen 6, 7 stets in gut wärmeleitfähigem Kontakt mit dem Rohr 10, unabhängig von durch unterschiedliche Temperaturen des im Rohr 10 befindlichen Fluids hervorgerufene Ausdehnungen des Rohrs 10.
Die Rohrhüllen 6, 7 stellen sicher, dass Wärmeenergie aus dem durch das Rohr 10 geleiteten Medium schnell auf die Verbindungsflächen der Rohrhüllen 6, 7 mit den Wärmespeicherblöcke 2, 3 geleitet wird, um die Wärmeenergie möglichst schnell in die Wärmespeicherblöcke 2, 3 einzutragen. Entsprechendes gilt auch für die schnelle und effektive Energieentnahme aus den Wärmespeicherblöcken 2, 3.
Zwischen die Rohrhüllen 6, 7 werden über die gesamte Verbindungsfläche der Wärmespeicherblöcke 2, 3 verlaufende flächige Wärmeleitelemente 1 1 , 12, insbesondere Folien oder Platten aus verdichtetem, expandiertem Graphit gelegt. Diese sind zumindest an Randbereichen mit den Rohrhüllen 6, 7 so verbunden, dass eine gute Wärmeleitung zwischen den Rohrhüllen 6, 7 und den Wärmeleitelementen 1 1 , 12 sichergestellt ist. Bevorzugt können die Wärmeleitelemente 1 1 , 12 durch Zusammenpressen aufgrund des Gewichts des oberen Wärmespeicherblocks 3 gut wärmeleitend mit den Rohrhüllen 6, 7 verbunden werden. Alternativ oder zusätzlich kann diese Verbindung vorteilhaft auch über einen Wärmeleitkleber erfolgen. Die Wärmeleitelemente 1 1 , 12 stellen sicher, dass sich Wärmeenergie aus dem durch das Rohr 10 geleiteten Medium schnell über die gesamte Verbindungsfläche der Wärmespeicherblöcke 2, 3 ausbreitet, um die Wärmeenergie möglichst schnell vollflächig in die Wärmespeicherblöcke 2, 3 einzutragen. Entsprechendes gilt auch für die schnelle und effektive Energieentnahme aus den Wärmespeicherblöcken 2, 3.
Nachfolgen wird der Aufbau der identisch ausgebildeten Wärmespeicherblöcke 2, 3 anhand des Wärmespeicherblocks 2 beschrieben, entsprechende Aussagen gelten analog für den Wärmespeicherblock 3. Um den Eintrag bzw. Austrag von Wärmeenergie in den Wärmespeicherblock 2 noch weiter zu verbessern, weist er Wärmeleitschichten 13 bis 15 zwischen Wärmespeicherschichten 16 bis 19 auf. Die identisch ausgebildeten Wärmeleitschichten 13 bis 15 bestehen vorteilhaft aus gut wär- meleitfähigem Material, beispielsweise Metallen wie Aluminium oder Kupfer oder auch aus graphithaltigem Material, bevorzugt zu Folien oder Platten verdichtetem Graphitexpandat. Bevorzugt werden vorliegend als graphithaltige Formkörper ausgebildete Platten aus Graphitexpandat verwendet, welche eine gewisse Eigenstabilität aufweisen, so dass die in Fig. 4 und 5 detailliert gezeigte Ausführung mit vor dem Herstellen des Wärmespeicherblocke 2 verbundenen Wärmeleitschichten 13 bis 15 möglich ist.
Um die in Fig. 3 gezeigte parallele Lage der Wärmeleitschichten 13 bis 15 im Wärmespeicherblock 2 zwischen den Wärmespeicherschichten 16 bis 19 sicherzustellen, werden vor dem Gießen des Wärmespeicherblocks 2 die Wärmeleitschichten 13 bis 15 mit drei identisch ausgebildeten Gewindestangen 20, 20' und 20" sowie hülsen- förmigen Abstandshaltern 21 , 21 ' und 21 " bzw. 22, 22' und 22" weitgehend zueinander parallel verspannt, wie in Fig. 4 und 5 gezeigt. Die so miteinander verbundenen Wärmeleitschichten 13 bis 15 werden dann in die Gussform für den Wärmespeicherblock 2 gelegt, der anschließend in an sich bekannter Weise aus Beton gegossen wird.
Um einen stabilen Wärmespeicherblock 2 zu erhalten, weisen die Wärmeleitschichten 13 bis 15 eine Vielzahl von Durchbrüchen 23 auf, wie in Fig. 5 anhand der Wärmeleitschicht 13 gezeigt. Beim Gießen des Wärmespeicherblocks 2 kann dann der flüssige Beton durch die Durchbrüche 23 fließen und nachfolgend zum Wärmespeicherblock 2 aushärten. Dadurch wird der Wärmespeicherblock 2 durchgehend stabil und die Wärmeleitschichten 13 sinch dennoch fest mit dem Wärmespeicherblock 2 verbunden.
Vorzugsweise stehen die Wärmeleitschichten 13 bis 15 zum ganz oder zum Teil geringfügig über die angrenzenden Wärmespeicherschichten 16 bis 19 des Wärmespeicherblocks 2 bzw. 3 über, so dass sie beim Aufeinanderlegen der Wärmespeicherblöcke 2 und 3 fest an die Rohrhüllen 6, 7 und die Wärmeleitelemente 1 1 , 12 angepresst werden. Hierdurch kann von im Rohr 10 befindlichem Fluid die Wärmeenergie schnell über die Rohrhüllen 6, 7, die Wärmeleitelemente 1 1 , 12 und die Wärmeleitschichten 13 bis 15 schnell in die Wärmespeicherschichten 16 bis 19 des Wärmeblocks 2 eingetragen werden. Selbstredend kann somit auch schnell gespeicherte Wärmeenergie aus den Wärmespeicherschichten 16 bis 19 zum Fluid im Rohr 10 hingeführt werden.
Ein in Fig. 6 gezeigtes alternatives Wärmespeichermodul 101 unterscheidet sich im wesentlichen durch die Ausbildung von Wärmespeicherblöcken 102, 103 von den Wärmespeicherblöcken 2, 3 des Wärmespeichermoduls 1 aus Fig. 1 bis 5. In der Funktion gleiche Teile werden deshalb mit den um 100 erhöhten Bezugszeichen wie in Fig. 1 bis 5 bezeichnet, z.B. Wärmespeicherblöcke 102, 103 in Fig. 6 statt Wärmespeicherblöcke 2, 3 in Fig. 1 .
Im Gegensatz zum Wärmespeichermodul 1 werden beim Wärmespeichermodul 101 Wärmeleitschichten 1 13 bis 1 15 und Wärmespeicherschichten 1 16 bis 1 19 des Wärmespeicherblocks 102 nicht fest miteinander vergossen. Vielmehr weisen beim Wärmespeichermodul 101 die aus graphithaltigem Material, insbesondere expandierten, gepressten Graphitplatten gebildeten Wärmeleitschichten 1 13 bis 1 15 lediglich zwei Ausnehmungen 120 und 121 auf, und keine Durchbrechungen 19 wie bei der in Fig. 4 gezeigten Wärmeleitschicht 13, wie in Fig. 8 besonders gut zu erkennen.
Aus Beton gegossene Wärmespeicherelemente 1 16 bis 1 19 des Wärmespeicherblocks 102 weisen die in Fig. 9 gezeigte Form auf. Insbesondere sind auch diese mit Ausnehmungen 122 und 123 versehen, welche in dem in Fig. 7 gezeigten zusammengebauten Zustand des Wärmespeicherblocks 102 mit den Ausnehmungen 120 bzw. 121 der Wärmeleitschichten 1 13 bis 1 15 fluchten. Zusammengehalten werden die Wärmeleitschichten 1 13 bis 1 15 und die Wärmespeicherschichten 1 16 bis 1 19 durch auf gegenüberliegenden Seiten verschraubte Gewindestangen 124 und 125, wobei in Fig. 7 lediglich die vorderen Schrauben 126 und 127 auf der sichtbaren Seite des Wärmespeicherblocks 102 voll ausgezogen sind. Entsprechende Schrauben 126' und 127' sind auf der der Wärmespeicherschicht 1 16 gegenüberliegenden Seite angedeutet. Hierdurch kann auf einfache Weise die Länge des Wärmespeicherblocks 102 entsprechend der gewünschten Wärmespeicherkapazität eines Wärmespeichermoduls 101 auch noch nach dem Gießen angepasst werden, indem eine unterschiedliche Anzahl von Wärmespeicherschichten verwendet wird. Zudem können beschädigte Wärmeleitschichten und/oder Wärmespeicherschichten leicht ausgetauscht werden.
Auch ermöglicht diese Ausführung des Wärmespeichermoduls 101 einen einfachen Transport und eine einfache Montage vor Ort sowohl des Wärmespeichermoduls 101 als auch eines aus mehreren Wärmespeichermodulen 101 zusammengesetzten Wärmespeichers, da relativ kleine und handliche Einzelteilen geliefert werden können.
Ein in Fig. 10 und 1 1 gezeigtes weiteres alternatives Wärmespeichermodul 201 unterscheidet sich im wesentlichen durch die Befestigung von Wärmespeicherblöcken 202, 203 von den Wärmespeicherblöcken 2, 3 des Wärmespeichermoduls 1 aus Fig. 1 bis 5. In der Funktion gleiche Teile werden deshalb mit den um 200 erhöhten Bezugszeichen wie in Fig. 1 bis 5 bezeichnet, z.B. Wärmespeicherblöcke 202, 203 in Fig. 10 statt Wärmespeicherblöcke 2, 3 in Fig. 1 . Es werden deshalb nachfolgend im Wesentlichen die Unterschiede zu den beiden oben beschriebenen Wärmespeichermodulen 1 und 101 beschrieben.
Wie in Fig. 10 und 1 1 gut erkennbar, werden die Wärmespeicherblöcke 202 und 203 des Wärmespeichermoduls 201 durch Gewindestangen 220, 220' miteinander verbunden. Die Gewindestangen 220, 220' reichen durch gestrichelt angedeutete, senk- recht zu den Plattenebenen der Wärmespeicherblöcke 202, 203 verlaufende, hohlzylindrische Ausnehmungen 221 , 221 ' bzw. 222, 222' in den Wärmespeicherblöcken 202, 203, wobei die Ausnehmungen 221 , 221 ' bzw. 222, 222' im zusammengebauten Zustand des Wärmespeichermoduls 201 miteinander fluchten. Durch die Verspan- nung der Wärmespeicherblöcke 202, 203 mittels der Gewindestangen 220, 220' kann sichergestellt werden, dass wieder aus expandierten Graphitfolien oder -platten bestehende Rohrhüllen 206, 207 und Wärmeleitelemente 208, 209 fest mit einander zugewandten Oberflächen der Wärmespeicherblöcke 202, 203 verbunden werden. Hierdurch kann eine gute und dauerhafte Anlage der Rohrhüllen 206, 207 und der Wärmeleitelemente 208, 209 an den Wärmespeicherblöcken 202 und 203 und insbesondere den Wärmespeicherschichten 216 bis 219 sichergestellt werden.
Hierbei sind die Gewindestangen 220, 220' und die Ausnehmungen 221 , 221 ' bzw. 222, 222' durch die Wärmespeicherblöcke 202 und 203 zueinander asymmetrisch angeordnet, wie in Fig. 12 dargestellt. Zudem weisen die Wärmespeicherblöcke 2, 3 zusätzliche, in Fig. 12 angedeutete zylinderförmige Vertiefungen 223, 223' auf, welche etwas größeren Durchmesser haben als die Beilagscheiben und Muttern, mit denen die Gewindestangen 220, 220' gegeneinander verschraubt werden. Auch sind die Vertiefungen 223, 223' jeweils tiefer als die größten Überstände der Gewindestangen 220, 220' über die einander abgewandten Seiten der Wärmespeicherblöcke 202, 203. Hierdurch kann auf das Wärmespeichermodul 201 ein weiteres, nicht gezeigtes Wärmespeichermodul so um 180° gedreht aufgelegt werden, dass die Schrauben und Überstände der Gewindestangen 220, 220' des einen Wärmespeichermoduls 201 in die entsprechenden Vertiefungen 223, 223' des anderen Wärmespeichermoduls 201 eingreifen. Zwei oder mehr Wärmespeichermodule können somit einfach zu einem erfindungsgemäßen Wärmespeicher zusammengesetzt werden, wobei durch die Überstände der Gewindestangen 220, 220' und die Vertiefungen 223, 223' zugleich Ausrichtelemente und Verrutschsicherungen bereitgestellt werden können. Diese stellen sicher dass die Wärmespeichermodule bündig aufeinander zu liegen kommen und nicht gegeneinander in Flächenrichtung verrutschen können. Eine bei den oben beschriebenen Wärmespeichermodulen 1 bzw. 101 möglich, zeichnerisch nicht dargestellte Ausführung von Ausrichtelementen und Verrutschsicherungen sieht vor, dass jeweils der obere Wärmespeicherblock 2, 102 nach oben gerichtet Kegelstümpfe aufweist, während der untere Wärmespeicherblock 3, 103 mit entsprechende ausgebildete kegelförmigen Vertiefungen aufweist. Die Kegelstümpfe und kegelförmigen Vertiefungen sind dabei so aneinander gepasst und aufeinander ausgerichtet, dass sie im zusammengesetzten Zustand des Wärmespeichermoduls 1 bzw. 101 ineinandergreifen. Hierdurch lassen sich zwei oder mehrere aufeinander gesetzte Wärmespeichermoduls 1 bzw. 101 beim Aufeinandersetzen zueinander ausrichten und gegen seitliches Verrutschen in Flächenrichtung sichern. Anstelle von Kegelstümpfen und kegelförmigen Vertiefungen können auch andere aneinander angepasste Formen gewählt werden, z.B. Zylinder und zylindrische Vertiefungen. Kegel und Kegelförmige Vertiefungen weisen den besonderen Vorteil auf, dass sie eine selbstzentrierende Funktion haben, d.h. dass zwei beim Aufeinandersetzen zunächst nicht exakt aufeinander ausgerichteten Wärmespeichermodule während des Aufeinandersetzens in die aufeinander ausgerichtete Position rutschen.
Fig. 13 zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes Wärmespeichermodul 301 mit einer alternativen Ausgestaltung von Wärmespeicherblöcken 302, 303 und 313. Da die Wärmespeicherblöcke 302, 303, 313 identisch ausgebildet sind, wird nachfolgend nur der Wärmespeicherblock 302 beschrieben, entsprechende Aussagen gelten auch für die Wärmespeicherblöcke 303 und 313. Der Wärmespeicherblock 302 besteht wieder aus einem gegossenen Betonblock, der wie bei den oben beschriebenen Wärmespeicherblöcken auch mit nicht gezeigten Wärmeleitschichten aus Graphitexpandatfolien oder -platten ausgerüstet sein kann.
Der Wärmespeicherblock 302 weist jedoch anstelle nur einer Rinne 4 auf einer Flächenseite auf beiden Flächenseiten mehrer trogförmige obere Längsrinnen 304, 304', 304" bzw. untere Längsrinnen 305, 305', 305" auf. Der benachbarte Wärmespeicherblock 303 wird so auf den Wärmespeicherblock 302 ausgerichtet, dass die oberen Längsrinnen 304, 304', 304" des unteren Wärmespeicherblocks 302 mit den unteren Längsrinnen 305, 305', 305" des oberen Wärmespeicherblocks 303 fluchten. Da auch die Längsrinnen 304, 304', 304" bzw. 305, 305', 305" aller Wärmespeicher- blocke 302, 303 und 313 identisch ausgebildet sind, wird die Erfindung nachfolgend lediglich anhand der einander zugewandten Längsrinnen 304 und 305 der Wärmespeicherblöcke 302, 303 beschrieben.
In einen durch die zueinander gewandten, miteinander fluchtenden Längsrinnen 304, 305 gebildeten Kanal werden, wie bei den oben beschriebenen Ausführungen der Erfindung, wieder an die Form der Längsrinnen 304, 305 angepasste graphithaltige längliche Rohrhüllen 306, 307 eingelegt. Auch hier werden zwischen die benachbarten Wärmespeicherblöcken 302 und 303 wieder Wärmeleitelemente 31 1 , 312 wie oben beschrieben eingelegt. Ebenso hier wird in Rohren 310, 310', 310" das Wärmeenergie tragende Fluid geführt, wie oben bereits ausführlich beschrieben.
Durch die in Fig. 13 gezeigte Ausführung kann ein Wärmespeicher 300 bereitgestellt werden, wobei Wärmespeichermodule 301 bzw. 301 ' hier gedanklich durch jeweils benachbarte Wärmespeicherblöcke verschränkt miteinander gebildet werden können. Beispielsweise bilden Wärmespeicherblöcke 302 und 303 das Wärmespeichermodul 301 und Wärmespeicherblöcke 303 und 313 das Wärmespeichermodul 301 '.
Aus den oben beschriebenen Wärmespeichermodulen 1 , 101 , 201 , 301 bzw. 301 ' lassen sich durch aufeinander Stapeln und nebeneinander Stellen entsprechender Wärmespeichermodule auf einfache Weise erfindungsgemäße Wärmespeicher zusammensetzen, wobei eine Anpassung der benötigten Wärmespeicherkapazität einfach und auch noch während der Montage vor Ort vorgenommen werden kann.
In einer alternativen, hier nicht gezeigten Ausführung könnte der Wärmespeicher zusätzlich auch mit elektrischen Heizelementen versehen sein, welche ebenso wie die Rohre der obigen Ausführungen in die graphithaltigen Formteile und ggf. auch alternativ oder zusätzlich in die flächigen Wärmeleitelemente und/oder Wärmeleitschichten eingebettet oder zwischen diese eingelegt werden können. Hierdurch können die Wärmespeichermodule und folgend der Wärmespeicher elektrisch beheizt werden, so dass später die gespeicherte Wärme über die Rohre wie oben beschrieben aus dem Wärmespeichermodul und dem Wärmespeicher abgezogen werden und beispielsweise einer Dampfturbine zugeführt werden kann.

Claims

Ansprüche
1 . Wärmespeichermodul (1 ; 101 ; 201 ; 301 ) zur Aufnahme mindestens eines in Beton eingebetteten, von einem graphithaltigen Material umgebenen Rohres (10;
1 10; 210; 310) für ein Wärmeenergie tragendes Fluid, dadurch gekennzeichnet, dass es einen ersten Wärmespeicherblock (2; 102; 202; 302) und mindestens einen zweiten Wärmespeicherblock (3; 103; 203; 303) aus betonhaltigem Material aufweist, wobei zumindest der erste Wärmespeicherblock (2; 102; 202; 302) mindestens eine erste länglichen Vertiefung (4; 104; 204; 304) zur Aufnahme des Rohres (10; 1 10; 210; 310, 310', 310") aufweist.
2. Wärmespeichermodul (1 ; 101 ; 201 ; 301 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in der mindestens ersten länglichen Vertiefung (4; 104; 204; 304) ein an die Form der ersten Vertiefung (4; 104; 204; 304) angepasstes erstes graphithaltiges Formteil (6; 106; 206; 306) zur Aufnahme des Rohres (10; 1 10; 210; 310, 310', 310") angeordnet ist.
3. Wärmespeichermodul (301 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wärmespeicherblock (302) auf seiner der ersten länglichen Vertiefung (304) gegenüberliegenden Seite mindestens eine weitere längliche Vertiefung (305) zur Aufnahme eines weiteren Rohres (310) aufweist.
4. Wärmespeichermodul (301 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der weiteren länglichen Vertiefung (305) ein an die Form der ersten Vertiefung (304) angepasstes weiteres graphithaltiges Formteil (307) zur Aufnahme des Rohres (310) angeordnet ist.
5. Wärmespeichermodul (1 ; 101 ; 201 ; 301 ) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Wärmespeicherblock (3; 103; 203; 303) mindestens eine der ersten länglichen Vertiefung (4; 104; 204; 304) des ersten Wärmespeicherblocks (2; 102; 202; 302) zugewandte und auf diese ausgerichtete zweite längliche Vertiefung (5; 105; 205; 305) zur Aufnahme des Rohres (10; 1 10; 210; 310, 310', 310") aufweist.
6. Wärmespeichermodul (1 ; 101 ; 201 ; 301 ) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten länglichen Vertiefung (5; 105; 205; 305) des zweiten Wärmespeicherblocks (3; 103; 203; 303) ein an die Form der zweiten Vertiefung (5; 105; 205; 305) angepasstes zweites graphithaltiges Formteil (7; 107; 207; 307) zur Aufnahme des Rohres (10; 1 10; 210; 310, 310', 310") angeordnet ist.
7. Wärmespeichermodul (301 ) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Wärmespeicherblock (303) auf seiner der zweiten länglichen Vertiefung (305) gegenüberliegenden Seite mindestens eine weitere Vertiefung (304) zur Aufnahme eines weiteren Rohres (310) aufweist.
8. Wärmespeichermodul (301 ) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der weiteren Vertiefung (304) des zweiten Wärmespeicherblocks (303) ein an die Form der weiteren Vertiefung (304) angepasstes weiteres graphithaltiges Formteil (306) zur Aufnahme des weiteren Rohres (310) angeordnet ist.
9. Wärmespeichermodul (1 ; 101 ; 201 ; 301 ) nach einem der Ansprüche 3, 4, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die aufeinander gegenüberliegenden Seiten der Wärmespeicherblöcke (302; 303) liegenden länglichen Vertiefungen (304, 305) aufeinander ausgerichtet sind.
10. Wärmespeichermodul (1 ; 101 ; 201 ; 301 ) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmespeicherblöcke (2, 3; 102, 103; 202, 203; 302, 303) aus im wesentlichen quaderförmigen Betonblöcken mit Verbindungsflächen bestehen, in denen die länglichen Vertiefungen (4, 5; 104, 105; 204, 205; 304, 305) verlaufen.
1 1 . Wärmespeichermodul (201 ) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmespeicherblöcke (202, 203) senkrecht zu den Verbindungsflächen verlaufende Ausnehmungen (221 , 221 '; 222, 222') und durch diese reichende Verbindungselement (220, 220') aufweisen.
12. Wärmespeichermodul (1 ; 101 ; 201 ; 301 ) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das betonhaltige Material der Wärmespeicherblöcke (2, 3; 102, 103; 202, 203; 302, 303) mit graphithaltigen Partikeln versetzt ist.
13. Wärmespeichermodul (1 ; 101 ) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in das betonhaltige Material der Wärmespeicherblock (2, 3; 102, 103) graphithaltige Formkörper (13-15; 1 13-1 15) eingebunden sind.
14. Wärmespeichermodul (1 ) nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die graphithaltigen Formkörper (13-15) Durchbrüche (19) zur Aufnahme des betonhaltigen Materials aufweisen.
15. Wärmespeichermodul (1 ; 101 ) nach Anspruch 13, 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die graphithaltigen Formkörper flächige Wärmeleitschichten (13- 15; 1 13-1 15), insbesondere als Folien und/oder Platten aus Graphitexpandat, sind.
16. Wärmespeichermodul (1 ; 101 ) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitschichten (13-15; 1 13-1 15) quer zu den länglichen Vertiefungen (4, 5; 104, 105) verlaufen.
17. Wärmespeichermodul (1 ; 101 ) nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitschichten (13-15; 1 13-1 15) zumindest bereichsweise, und insbesondere im Bereich der länglichen Vertiefungen (4, 5; 104, 105) über die Außenkontur des betonhaltigen Materials überstehen.
18. Wärmespeichermodul (1 ) nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Wärmeleitschichten (13-15) vor dem Vergießen mit dem betonhaltigem Material der Wärmespeicherblöcke (2, 3) zu einer starren Anordnung verbunden sind.
19. Wärmespeichermodul (101 ) nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitschichten (1 13-1 15) und mehrere betonhaltige Wärmespeicherschichten (1 16-1 19) mechanisch zu den Wärmespeicherblöcken (102, 103) verbunden sind, wobei die Wärmeleitschichten (1 13-1 15) und Wärmespeicherschichten (1 16-1 19) miteinander fluchtenden Ausnehmungen (120, 122; 121 , 123) zur Aufnahme von Verbindungselementen (124, 125) aufweisen.
20. Wärmespeichermodul (201 ) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmespeicherblöcke (202, 203) Ausrichtelemente (220, 220', 223, 223') zum gegenseitigen Ausrichten aufeinander liegender Wärmespeicherblöcke (202, 203) aufweisen.
21 . Wärmespeichermodul (201 ) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmespeicherblöcke (202, 203) Mittel (220, 220', 223, 223') zum Verhindern des Verrutschens aufeinander liegender Wärmespeicherblöcke (202, 203) aufweisen.
22. Wärmespeichermodul (1 ; 101 ; 201 ; 301 ) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die graphithaltigen Formteile (6, 7; 106, 107; 206, 207; 306, 307) aus länglichen graphithaltigen Platten, insbesondere aus verdichteten Graphitexpandat, bestehen.
23. Wärmespeichermodul (1 ; 101 ; 201 ; 301 ) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die graphithaltigen Formteile (6, 7; 106, 107; 206, 207; 306, 307) auf ihren einander zugewandten Seiten jeweils eine längliche Rinne (8, 9; 108, 109; 208, 209) zur Aufnahme des Rohres (10; 1 10; 210; 310) aufweisen.
24. Wärmespeichermodul (1 ; 101 ; 201 ; 301 ) nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die länglichen Rinnen (8, 9; 108, 109; 208, 209) halbkreisförmigen Querschnitt aufweisen.
25. Wärmespeichermodul (1 ; 101 ; 201 ; 301 ) nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius des halbkreisförmigen Querschnitts gleich oder geringfügig kleiner als der Außenradius des Rohres (10; 1 10; 210; 310) ist.
26. Wärmespeichermodul (1 ; 101 ; 201 ; 301 ) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen erstem Wärmespeicherblock (2; 102; 202; 302) und zweitem Wärmespeicherblock (3; 103; 203; 303) bereichsweise ein oder mehrere graphithaltige Wärmeleitelemente (1 1 , 12; 1 1 1 , 1 12; 21 1 , 212; 31 1 , 312) angeordnet sind.
27. Wärmespeichermodul (1 ; 101 ; 201 ; 301 ) nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die Wärmeleitelemente (1 1 , 12; 1 1 1 , 1 12; 21 1 , 212; 31 1 , 312) aus graphithaltigen Folien und/oder Platten, insbesondere aus verdichteten Graphitexpandat, bestehen.
28. Wärmespeichermodul (1 ; 101 ; 201 ; 301 ) nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die Wärmeleitelemente (1 1 , 12; 1 1 1 , 1 12; 21 1 , 212; 31 1 , 312) zumindest in einem Randbereich der in die Vertiefungen (4, 5; 104, 105; 204, 205; 304, 305) eingelegten graphithaltigen Formteile (6, 7; 106, 107; 206, 207; 306, 307) mit diesen überlappen.
29. Wärmespeichermodul (1 ; 101 ; 201 ; 301 ) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die graphithaltigen Formteile (6, 7;
106, 107; 206, 207; 306, 307), die Wärmeleitelemente (1 1 , 12; 1 1 1 , 1 12; 21 1 , 212; 31 1 , 312) und/oder die die graphithaltigen Formkörper (13-15; 1 13-1 15) mit Phosphat imprägniert sind.
30. Wärmespeichermodul (1 ; 101 ; 201 ; 301 ) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in die graphithaltigen Formteile (6, 7; 106, 107; 206, 207; 306, 307), die Wärmeleitelemente (1 1 , 12; 1 1 1 , 1 12; 21 1 , 212; 31 1 , 312) und/oder die die graphithaltigen Formkörper (13-15; 1 13-1 15) elektrische Heizelemente eingebettet und/oder zwischen diese eingelegt sind.
31 . Wärmespeicher (300) mit mindestens einem in Beton eingebetteten, von einem graphithaltigen Material umgebenen Rohr (10; 1 10; 210; 310) für ein Wärmeenergie tragendes Fluid, dadurch gekennzeichnet, dass er aus einem oder mehreren aufeinander und/oder in einer Ebene nebeneinander angeordneten Wärmespeichermodulen (1 ; 101 ; 201 ; 301 ) nach einem der voranstehenden Ansprüche gebildet ist
32. Wärmespeicher (300) nach Anspruch 31 , dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Rohr (10; 1 10; 210; 310, 310', 310") zwischen den einander zugewandten und aufeinander ausgerichteten graphithaltigen länglichen Formteilen (6, 7; 106, 107; 206, 207; 306, 307) nebeneinander angeordneter Wärmespeichermodule geführt ist.
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