WO2015039722A1 - Speichereinrichtung - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a storage device having a storage housing and a storage medium therein for storing at least one fluid which can be released again from the storage housing.
- Memory devices of this type are used in a large number of technical fields and in the most diverse designs, be it for the storage of energy, for an emergency pressure supply, as devices for pressure equalization or for smoothing or damping pressure fluctuations and the like.
- the relevant memory device can be operated with low loss at high energy capacity.
- the invention lt is the object to provide a memory device of said genus available, which is characterized by a particularly efficient, low-loss performance.
- a storage device having the features of claim 1 in its entirety. Accordingly, it is a significant feature of the invention that within the storage medium at least one channel is formed, which establishes a fluid connection between a supply side of the storage enclosure and the storage medium.
- an improved thermal contact between the storage medium and the fluid can be realized.
- the state changes that result for the fluid given the pressure conditions prevailing in practice are isothermal.
- an isothermal state change causes an increase of the maximum energy capacity by more than 20% compared to an adiabatic one.
- the thermal losses are reduced.
- the arrangement is such that the respective channel of at least one cavity in the storage medium and / or consists of a tubular conduit having at least one connection opening to the storage medium.
- the respective channel is preferably provided with ramifications or passes through the storage medium in at least one extension direction.
- the channel opens with at least one of its respective connection openings in a central region of the storage medium to to effect the most uniform contact of the medium within the housing.
- a channel in the longitudinal direction of the storage medium can advantageously pass through this medium in the center and exit at opposite ends of the storage housing.
- the arrangement can be made such that the channel extending in the longitudinal direction in the storage medium in the form of a hollow tube has a multiplicity of connection openings at equidistant intervals from one another. As a result, a central contacting of the storage medium is ensured over the longitudinal extent.
- the arrangement can advantageously be made such that the respective channel makes the entry of the fluid on its one feed side and on its opposite discharge side serves to discharge a further fluid from the storage medium.
- the storage medium can be formed with particular advantage from an elastomeric foam material, in particular consist of an open-cell polyurethane foam.
- the storage housing may be designed in the manner of a hydraulic accumulator as a pressure vessel, wherein the fluid is a working gas, in particular in the form of nitrogen gas, and the further fluid is a working fluid, in particular in the form of hydraulic oil.
- the invention also relates to a method for producing a memory device according to one of claims 1 to 1 1, wherein the method is characterized in that a foam-like storage medium is introduced into a storage housing and that after reacting the storage medium of the channel is formed by impressing a hollow tube in the storage medium.
- the storage case 2 has the shape of an elongated hollow cylinder which is closed at both ends by hemispherical curved end portions. At the left-hand end portion in the figure, there is a center, i. to the cylinder longitudinal axis 3 concentric, located connection port 4 for a media supply. At the opposite end portion of a likewise concentric to the axis 3 connection port 6 for media removal is madebi Ldet.
- the housing 2 at a diameter of 23 cm has a length of 1 70 cm.
- a storage medium in the form of an open-cell polyurethane foam material 8.
- the interior of the housing 2 is completely filled by the foam material 8.
- connection channels are formed in the housing 2 and run between the connection openings 4 and 6.
- a tube 10 which extends coaxially between the connection openings 4, 6 throughout.
- connections with the foam material 8 is formed a plurality of connection openings. These connection openings are formed by holes 1 2, which are only partially numbered in the figure and which are arranged along the longitudinal axis 3 at equal distances from each other.
- a ring of holes 1 2 distributed around the circumference of the tube 10 is provided at each axial position, so that the tube 10 forms a type of sieve tube.
- the channel system continues over the holes 1 2 outside the tube 10 via the inner ramifications 14 formed by the open-celled foam material 8, which are indicated in the figure by a diamond pattern, as indicated in the figure by partial numbering.
- the media pressure from the center over the entire length can be evenly distributed. Because the storage medium is not acted upon by a limited area, but over the entire axial extent of pressure, there is no significant pressure gradient in the memory, through which the foam 8 would be pushed away from the Beauftschungsstel le ago.
- the foam material 8 is first injected into the housing 2 before the tube 10 is mounted. If the foaming process took place with the tube 10 already mounted, a skin would form over the holes 12 during the foaming process. Therefore, the tube 10 is pressed by the reacted foam material 8 after foaming.
Abstract
Eine Speichereinrichtung mit einem Speichergehäuse (2) und einem darin befindlichen Speichermedium (8) zur Bevorratung mindestens eines aus dem Speichergehäuse (2) wieder abgebbaren Fluids, ist dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Speichermediums (8) mindestens ein Kanal (10, 12, 14) verläuft, der eine Fluidverbindung zwischen einer Zufuhrseite (4) des Speichergehäuses (2) und dem Speichermedium (8) herstellt.
Description
Speichereinrichtung
Die Erfindung betrifft eine Speichereinrichtung mit einem Speichergehäuse und einem darin befindlichen Speichermedium zur Bevorratung mindestens eines aus dem Speichergehäuse wieder abgebbaren Fluids. Speichereinrichtungen dieser Gattung kommen auf einer Vielzahl technischer Gebiete und in den unterschiedlichsten Bauformen zum Einsatz, sei es zur Speicherung von Energie, für eine Not-Druckversorgung, als Einrich- « tungen zum Druckausgleich oder zum Glätten oder Dämpfen von Druckschwankungen und dergleichen mehr. Für einen wirtschaftlichen und effi- zienten Betrieb der Speichereinrichtungen ist von besonderer Bedeutung, dass die betreffende Speichereinrichtung bei hoher Energiekapazität verlustarm betreibbar ist. Um diesem Ziel nahe zu kommen ist es Stand der Technik, im Speichergehäuse als Speichermedium einen Stoff hoher Wärmekapazität, Wärmeleitfähigkeit und Wärmeübergangsfläche anzuordnen.
Ausgehend von diesem Stand der Technik stel lt sich die Erfindung die Aufgabe, eine Speichereinrichtung der besagten Gattung zur Verfügung zu stellen, die sich durch ein besonders effizientes, verlustarmes Betriebsverhalten auszeichnet.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch eine Speichereinrichtung gelöst, die die Merkmale des Patentanspruchs 1 in seiner Gesamtheit aufweist.
Demgemäß besteht eine wesentliche Besonderheit der Erfindung darin, dass innerhalb des Speichermediums mindestens ein Kanal gebildet ist, der eine Fluidverbindung zwischen einer Zufuhrseite des Speichergehäuses und dem Speichermedium herstellt. Durch eine dadurch erreichbare, gezielte Führung des Fluids innerhalb des Gehäuses lässt sich ein verbesserter thermischer Kontakt zwischen dem Speichermedium und dem Fluid realisieren. Dadurch lässt sich erreichen, dass die Zustandsänderungen, die sich bei den in der Praxis im Betrieb gegebenen Druckverhältnissen für das Fluid ergeben, isotherm verlaufen. Bei einem Fluid in Form von als Arbeitsgas dienendem Stickstoff bewirkt eine isotherme Zustandsänderung im Vergleich zu einer adiabaten eine Steigerung der maximalen Energiekapazität um mehr als 20 %. Neben der Möglichkeit der höheren Energieeinspeiche- rung sind die thermischen Verluste verringert. Ein weiterer Vorteil durch Herbeiführen einer Isothermie im Speichergehäuse besteht darin, dass der Speicherdruck Funktion des Gasvolumens wird, so dass der Speicherdruck als Indikator für den Füllzustand des betreffenden Speichers herangezogen werden kann. Bei besonders vorteilhaften Ausführungsbeispielen ist die Anordnung so getroffen, dass der jeweilige Kanal aus mindestens einer Kavität im Speichermedium und/oder aus einer rohrartigen Leitung besteht, die mindestens eine Verbindungsöffnung zum Speichermedium aufweist. Um eine möglichst große Kontaktoberfläche mit dem Speichermedium herbeizuführen, ist der jeweilige Kanal vorzugsweise mit Verästelungen versehen oder durchgreift das Speichermedium in zumindest einer Erstreckungs- richtung. Vorzugsweise mündet der Kanal mit mindestens einer seiner jeweiligen Verbindungsöffnungen in einen Zentralbereich des Speichermediums, um
die möglichst gleichmäßige Kontaktierung des Mediums innerhalb des Gehäuses zu bewirken.
Vorteilhafterweise kann hierbei ein Kanal in Längsrichtung des Speicher- mediums gesehen dieses Medium mittig durchgreifen und an gegenüberliegenden Enden des Speichergehäuses aus diesem austreten.
Mit besonderem Vortei l kann die Anordnung so getroffen sein, dass der in Längsrichtung im Speichermedium verlaufende Kanal in Form eines Hohl- rohres in äquidistanten Abständen voneinander eine Vielzahl an Verbindungsöffnungen aufweist. Dadurch ist über die Längenausdehnung eine mittige Kontaktierung des Speichermediums sichergestellt.
Weiterhin kann die Anordnung mit Vorteil so getroffen sein, dass der jewei- lige Kanal auf seiner einen Zufuhrseite den Eintrag des Fluids vornimmt und auf seiner gegenüberliegenden Abfuhrseite dem Austrag eines weiteren Fluids aus dem Speichermedium dient.
Für die Erreichung der Isothermie kann das Speichermedium mit besonde- rem Vorteil aus einem elastomeren Schaummaterial gebildet sein, insbesondere aus einem offenzelligen Polyurethan-Schaum bestehen.
Das Speichermedium kann das Speichergehäuse, bis auf den jeweiligen Kanal, vollvolumig ausfüllen oder sich in einem Aufnahmeraum befinden, wenn das Innere des Speichergehäuses durch ein Trennelement in zwei Medien- oder Arbeitsräume unterteilt ist.
Das Speichergehäuse kann in der Art eines Hydrospeichers als Druckbehälter konzipiert sein, wobei das eine Fluid ein Arbeitsgas, insbesondere in Form von Stickstoff gas, ist und das weitere Fluid eine Arbeitsflüssigkeit, insbesondere in Form von Hydrauliköl ist.
Gemäß dem Patentanspruch 1 2 ist Gegenstand der Erfindung auch ein Verfahren zum Herstellen einer Speichereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass in ein Speichergehäuse ein schaumartiges Speichermedium eingebracht wird und dass nach einem Ausreagieren des Speichermediums der Kanal durch Eindrücken eines Hohlrohres in das Speichermedium gebildet wird.
Nachstehend ist die Erfindung anhand der Zeichnung im Einzelnen erläu- tert. Deren einzige Figur zeigt in schematisch vereinfachter Darstel lung einen Längsschnitt eines Ausführungsbeispiels der Speichereinrichtung.
Bei dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel hat das Speichergehäuse 2 die Form eines länglichen Hohlzylinders, der an beiden Enden durch halbkugelartig gewölbte Endteile geschlossen ist. An den in der Figur linksseitig gelegenen Endteil befindet sich eine mittig, d.h. zur Zylinder- Längsachse 3 konzentrisch, gelegene Anschlussöffnung 4 für eine Medienzufuhr. Am gegenüberliegenden Endteil ist eine ebenfalls zur Achse 3 konzentrische Anschlussöffnung 6 für eine Medienabfuhr ausgebi ldet. Bei einer praktischen Ausführungsform hat das Gehäuse 2 bei einem Durchmesser von 23 cm eine Länge von 1 70 cm.
Im Innenraum des Gehäuses 2 befindet sich ein Speichermedium in Form eines offenzelligen Polyurethan-Schaummaterials 8. Beim gezeigten Bei- spiel ist der Innenraum des Gehäuses 2 vom Schaummaterial 8 vollständig ausgefüllt. Für eine optimale Kontaktierung der sehr großflächigen, durch das offenzellige Schaummaterial 8 gebildeten Kontaktoberfläche sind im Gehäuse 2 Verbindungskanäle gebildet, die zwischen den Anschlussöffnungen 4 und 6 verlaufen. Bestandteil dieses Kanalsystems ist ein Rohr 10, das sich zwischen den Anschlussöffnungen 4, 6 koaxial, durchgängig erstreckt. In der Wand des Rohres 8 ist zur Bildung von Verbindungen mit
dem Schaummaterial 8 eine Vielzahl von Verbindungsöffnungen ausgebildet. Diese Verbindungsöffnungen sind durch Löcher 1 2 gebildet, die in der Figur nur teilweise beziffert sind und die entlang der Längsachse 3 in gleichen Abständen voneinander angeordnet sind. Dabei ist an jeder Axialposi- tion ein Kranz von um den Umfang des Rohres 10 verteilten Löchern 1 2 vorgesehen, so dass das Rohr 10 eine Art Siebrohr bildet. Das Kanalsystem setzt sich über die Löcher 1 2 außerhalb des Rohres 10 über die vom offen- zelligen Schaummaterial 8 gebildeten, inneren Verästelungen 14 fort, die in der Figur durch ein Rautenmuster angedeutet sind, wie in der Figur durch teilweise Bezifferung angedeutet ist. Bei dieser Gestaltung des Kanalsystems kann sich der Mediendruck von der Mitte aus über die ganze Länge gleichmäßig verteilen. Dadurch, dass das Speichermedium nicht von einem begrenzten Bereich her, sondern über die gesamte axiale Erstreckung von Druck beaufschlagt wird, stellt sich kein erheblicher Druckgradient im Speicher ein, durch den der Schaum 8 von der Beaufschlagungsstel le her weggedrückt würde.
Bei der Herstellung wird zunächst das Schaummaterial 8 in das Gehäuse 2 eingespritzt, bevor das Rohr 10 montiert wird. Würde der Schäumvorgang bei bereits montiertem Rohr 10 erfolgen, würde sich beim Schäumvorgang über den Löchern 12 eine Haut bilden. Daher wird das Rohr 10 nach dem Schäumen durch das ausreagierte Schaummaterial 8 gedrückt.
Claims
P a t e n t a n s p r ü c h e Speichereinrichtung mit einem Speichergehäuse (2) und einem darin befindlichen Speichermedium (8) zur Bevorratung mindestens eines aus dem Speichergehäuse (2) wieder abgebbaren Fluids, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Speichermediums (8) mindestens ein Kanal (10, 12, 14) verläuft, der eine Fluidverbindung zwischen einer Zufuhrseite (4) des Speichergehäuses (2) und dem Speichermedium (8) herstellt.
Speichereinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Kanal aus mindestens einer Kavität (14) im Speichermedium (8) und/oder aus einer rohrartigen Leitung (10) besteht, die mindestens eine Verbindungsöffnung (1 2) zum Speichermedium (8) aufweist.
Speichereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilig Kanal (10, 1 2, 14) zum Herbeiführen einer möglichst großen Kontaktoberfläche mit dem Speichermedium (8) mit Verästelungen (14) versehen ist oder in zumindest einer Er- streckungsrichtung des Speichermediums (8) dieses durchgreift.
Speichereinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das der Kanal (10) mit mindestens einer seiner jeweiligen Verbindungsöffnungen (1 2) in einem Zentralbereich des Speichermediums (8) ausmündet.
Speichereinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kanal (10) in Längsrichtung (3) des Speichermediums (8) gesehen dieses Medium mittig durchgreift und an gegenüberliegenden Enden (4, 6) des Speichergehäuses (2) aus diesem austritt.
6. Speichereinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der in Längsrichtung im Speichermedium (8) verlaufende Kanal in Form eines Hohlrohres (10) in äqui- distanten Abständen voneinander eine Vielzahl an Verbindungsöffnungen (1 2) aufweist.
7. Speichereinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Kanal (10) auf seiner einen Zufuhrseite (4) den Eintrag des Fluids vornimmt und auf seiner gegenüberliegenden Abfuhrseite (6) dem Austrag eines weiteren Fluids aus dem Speichermedium (8) dient.
8. Speichereinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Speichermedium aus einem elastomeren Schaummaterial gebildet ist, insbesondere aus einem of- fenzelligen Polyurethan-Schaum (8) besteht.
9. Speichereinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Speichermedium (8) bis auf den jeweiligen Kanal (10,12, 14) vollvolumig das Speichergehäuse (2) ausfüllt oder sich in einem Aufnahmeraum befindet, wenn das Innere des Speichergehäuses (2) durch ein Trennelement in zwei Medien- oder Arbeitsräume unterteilt ist.
10. Speichereinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Speichergehäuse (2) in der Art eines Hydrospeichers als Druckbehälter konzipiert ist.
1 1 . Speichereinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das eine Fluid ein Arbeitsgas, insbesondere in Form von Stickstoffgas, ist und dass das weitere Fluid eine Arbeitsflüssigkeit, insbesondere in Form von Hydrauliköl, ist.
12. Verfahren zum Herstellen einer Speichereinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in ein Speichergehäuse (2) ein schaumartiges Speicher-Medium (8) eingebracht wird und dass nach einem Ausreagieren des Speichermediums (8) ein Kanal durch Eindrücken eines Hohlrohres (10) in das Speichermedium (8) gebildet wird.
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