DE102018201619B4 - Heat storage device, work device, method for operating a heat storage device and method for operating a work device - Google Patents
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Abstract
Wärmespeichervorrichtung (100), umfassend:eine Speichereinrichtung (102), welche ein Speichervolumen (104) zur Aufnahme von Speichermedium (106) zum Speichern von Wärme aufweist;eine Wärmeübertragungseinrichtung (108), mittels welcher Wärme von einem Arbeitsmedium (109) auf das Speichermedium (106) und umgekehrt übertragbar ist;wobei die Wärmeübertragungseinrichtung (108) ein Arbeitsvolumen (110) zur Aufnahme des Arbeitsmediums (109) aufweist, wobei das Arbeitsvolumen (110) zumindest abschnittsweise, insbesondere zumindest näherungsweise vollständig, innerhalb der Speichereinrichtung (102) angeordnet ist und mit dem Speichervolumen (104) in thermischem Kontakt steht;wobei die Wärmespeichervorrichtung (100) ferner eine Druckänderungseinrichtung (112) zum Ändern, insbesondere zum Erhöhen oder zum Verringern, eines Arbeitsmediumdrucks des Arbeitsmediums (109) im Arbeitsvolumen (110) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsvolumen (110) zum Erhöhen oder Verringern des Arbeitsmediumdrucks mittels der Druckänderungseinrichtung (112) verkleinerbar oder vergrößerbar ist.A heat storage device (100), comprising: a storage device (102) which has a storage volume (104) for receiving storage medium (106) for storing heat; a heat transfer device (108) by means of which heat is transferred from a working medium (109) to the storage medium (106) and vice versa; the heat transfer device (108) having a working volume (110) for receiving the working medium (109), the working volume (110) being arranged at least in sections, in particular at least approximately completely, within the storage device (102) and is in thermal contact with the storage volume (104); wherein the heat storage device (100) further comprises a pressure changing device (112) for changing, in particular for increasing or decreasing, a working medium pressure of the working medium (109) in the working volume (110), characterized that the working volume (110) to increase or decrease the working medium mdrucks can be reduced or increased by means of the pressure changing device (112).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wärmespeichervorrichtung.The present invention relates to a heat storage device.
Wärmespeichervorrichtungen sind beispielsweise aus der
Wärmepumpen werden dazu verwendet, unter Einsatz von mechanischer und/oder elektrischer Energie die Temperatur einer Wärmemenge, welche von einem Niedertemperaturniveau bereitgestellt wird, zu erhöhen. Eine bei einer hohen Temperatur abgegebene Wärmemenge beträgt dabei insbesondere ein Mehrfaches der eingesetzten mechanischen und/oder elektrischen Energie. Wärmepumpen erfreuen sich daher einer wachsenden Beliebtheit zur Wärmebereitstellung und werden einerseits für Heizanwendungen im persönlichen Bereich und andererseits für industrielle Anwendungen eingesetzt.Heat pumps are used to use mechanical and / or electrical energy to increase the temperature of an amount of heat that is provided by a low temperature level. An amount of heat given off at a high temperature is in particular a multiple of the mechanical and / or electrical energy used. Heat pumps are therefore enjoying increasing popularity for providing heat and are used on the one hand for heating applications in the personal area and on the other hand for industrial applications.
Insbesondere in der Prozessindustrie wird oftmals sehr heißer Dampf benötigt.Very hot steam is often required, particularly in the process industry.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Wärmepumpen werden mit elektrischer Energie betrieben, welche häufig mittels intermittierend betriebener Quellen erzeugt wird, beispielsweise durch Solarkraftwerke, Wasserkraftwerke und/oder durch Windkraftwerke. Zudem unterliegt das Niedertemperaturniveau, welchem mittels der Wärmepumpen Energie entzogen wird, oftmals Fluktuationen und/oder Schwankungen.The heat pumps known from the prior art are operated with electrical energy, which is often generated by means of intermittently operated sources, for example by solar power plants, water power plants and / or by wind power plants. In addition, the low temperature level from which energy is extracted by means of the heat pumps is often subject to fluctuations and / or fluctuations.
Eine für industrielle Anwendungen, insbesondere für die Prozessindustrie, notwendige, vergleichsweise konstante Bereitstellung einer Wärmemenge, insbesondere zur Erzeugung von Dampf, ist deshalb bislang nicht möglich.A comparatively constant supply of a quantity of heat, which is necessary for industrial applications, in particular for the process industry, in particular to generate steam, has therefore not been possible so far.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Wärmespeichervorrichtung bereitzustellen, mittels welcher unter Einsatz von mechanischer und/oder elektrischer Energie eine Speicherung und/oder Abgabe von Hochtemperaturwärmemengen ermöglicht wird.The present invention is therefore based on the object of providing a heat storage device by means of which, using mechanical and / or electrical energy, it is possible to store and / or release amounts of high-temperature heat.
Diese Aufgabe wird durch eine Wärmespeichervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a heat storage device with the features of claim 1.
Die Wärmespeichervorrichtung umfasst eine Speichereinrichtung, welche ein Speichervolumen zur Aufnahme von Speichermedium zum Speichern von Wärme aufweist.The heat storage device comprises a storage device which has a storage volume for receiving storage medium for storing heat.
Die Wärmespeichervorrichtung umfasst ferner eine Wärmeübertragungseinrichtung, mittels welcher Wärme von einem Arbeitsmedium auf das Speichermedium und umgekehrt übertragbar ist.The heat storage device further comprises a heat transfer device by means of which heat can be transferred from a working medium to the storage medium and vice versa.
Die Wärmeübertragungseinrichtung umfasst insbesondere ein Arbeitsvolumen zur Aufnahme des Arbeitsmediums, wobei das Arbeitsvolumen vorzugsweise zumindest abschnittsweise, insbesondere zumindest näherungsweise vollständig, innerhalb der Speichereinrichtung angeordnet ist und mit dem Speichervolumen in thermischem Kontakt steht.The heat transfer device comprises, in particular, a working volume for receiving the working medium, the working volume preferably being arranged at least in sections, in particular at least approximately completely, within the storage device and being in thermal contact with the storage volume.
Die Speichervorrichtung umfasst ferner insbesondere eine Druckänderungseinrichtung zum Ändern, insbesondere zum Erhöhen oder zum Verringern, eines Arbeitsmediumdrucks des Arbeitsmediums im Arbeitsvolumen.The storage device further comprises, in particular, a pressure changing device for changing, in particular for increasing or decreasing, a working medium pressure of the working medium in the working volume.
Vorzugsweise ist ein Speichermedium im Speichervolumen angeordnet oder anordbar, beispielsweise ein Latentwärmespeichermedium, insbesondere ein Phasenwechselmaterial.A storage medium is preferably arranged or can be arranged in the storage volume, for example a latent heat storage medium, in particular a phase change material.
Dem Arbeitsvolumen ist insbesondere ein Arbeitsmedium zuführbar. Das Arbeitsmedium ist vorzugsweise Wasser, insbesondere Sattdampf.In particular, a working medium can be fed to the working volume. The working medium is preferably water, in particular saturated steam.
Wasser wird vorzugsweise als Arbeitsmedium verwendet, da Wasser in der Regel ubiquitär verfügbar, kostengünstig und für den Menschen insbesondere nicht toxisch und daher vergleichsweise ungefährlich ist.Water is preferably used as the working medium, since water is generally ubiquitous, inexpensive and, in particular, non-toxic for humans and therefore comparatively harmless.
Die Wärmespeichervorrichtung umfasst vorzugsweise einen Arbeitsvolumenanschluss zum Zuführen des Arbeitsmediums, insbesondere zum Zuführen von Sattdampf, in das Arbeitsvolumen und/oder zum Abführen des Arbeitsmediums, insbesondere zum Abführen von Sattdampf oder von kondensiertem Wasser, aus dem Arbeitsvolumen.The heat storage device preferably comprises a working volume connection for supplying the working medium, in particular for supplying saturated steam, into the working volume and / or for removing the working medium, in particular for removing saturated steam or condensed water, from the working volume.
Mittels des Arbeitsvolumenanschlusses ist dem Arbeitsvolumen Arbeitsmedium, insbesondere Sattdampf zuführbar. Ein Arbeitsmediumdruck ist dabei mittels der Druckänderungseinrichtung änderbar, insbesondere derart erhöhbar, dass der Arbeitsmediumdruck, insbesondere ein Sattdampfdruck, einen Wert erreicht, bei welchem die Sättigungstemperatur des Arbeitsmediums, insbesondere des Sattdampfs, größer ist als eine Temperatur des im Speichervolumen angeordneten Speichermediums. Vorzugsweise kondensiert dann das Arbeitsmedium, insbesondere der Sattdampf, wobei Wärme vom Arbeitsmedium auf das Speichermedium übertragen wird.By means of the working volume connection, working medium, in particular saturated steam, can be fed to the working volume. A working medium pressure can be changed by means of the pressure changing device, in particular increased in such a way that the working medium pressure, in particular a saturated steam pressure, reaches a value at which the saturation temperature of the working medium, in particular the saturated steam, is greater than a temperature of the storage medium arranged in the storage volume. The working medium, in particular the saturated steam, then preferably condenses, with heat being transferred from the working medium to the storage medium.
Das Arbeitsvolumen wird insbesondere von einem im Speichervolumen angeordneten Rohrregister begrenzt. Vorzugsweise ist dem Rohrregister Arbeitsmedium, insbesondere Sattdampf, zuführbar.The working volume is limited in particular by a pipe register arranged in the storage volume. Working medium, in particular saturated steam, can preferably be fed to the pipe register.
Wenn die Druckänderungseinrichtung mechanisch und/oder elektrisch betreibbar ist, kann mittels der Druckänderungseinrichtung insbesondere eine Wärmepumpenfunktion bereitgestellt werden.If the pressure change device can be operated mechanically and / or electrically, a heat pump function can in particular be provided by means of the pressure change device.
Somit kann mit der Wärmespeichervorrichtung unter Einsatz von mechanischer und/oder elektrischer Energie vorzugsweise eine Speicherung von Hochtemperaturwärmemengen ermöglicht werden.Thus, with the heat storage device using mechanical and / or electrical energy, storage of high-temperature amounts of heat can preferably be made possible.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Arbeitsvolumen zum Erhöhen oder Verringern des Arbeitsmediumdrucks mittels der Druckänderungseinrichtung verkleinerbar oder vergrößerbar ist.According to the invention it is provided that the working volume for increasing or decreasing the working medium pressure can be reduced or enlarged by means of the pressure change device.
Das Arbeitsvolumen ist mittels der Druckänderungseinrichtung insbesondere auf ein minimales Arbeitsvolumen verkleinerbar oder auf ein maximales Arbeitsvolumen vergrößerbar.The working volume can be reduced in particular to a minimum working volume or increased to a maximum working volume by means of the pressure changing device.
Günstig kann es sein, wenn das Arbeitsvolumen mittels der Druckänderungseinrichtung um ein Verdrängungsvolumen auf ein Totvolumen verkleinerbar ist.It can be favorable if the working volume can be reduced by a displacement volume to a dead volume by means of the pressure change device.
Unter einem Totvolumen wird im Rahmen dieser Beschreibung und der beigefügten Ansprüche insbesondere ein Volumen verstanden, über welches das Arbeitsvolumen nicht hinaus verkleinerbar ist.In the context of this description and the appended claims, a dead volume is understood to mean, in particular, a volume beyond which the working volume cannot be reduced.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Verdrängungsvolumen mittels der Druckänderungseinrichtung einstellbar ist.In one embodiment of the invention it is provided that the displacement volume can be adjusted by means of the pressure changing device.
Vorzugsweise ist das Verdrängungsvolumen mittels der Druckänderungseinrichtung vergrößerbar oder verkleinerbar.The displacement volume can preferably be increased or decreased by means of the pressure changing device.
Das Verdrängungsvolumen ist zum Verkleinern des Arbeitsvolumens auf das Totvolumen insbesondere auf ein maximales Verdrängungsvolumen vergrößerbar und/oder zum Vergrößern des Arbeitsvolumens auf das maximale Arbeitsvolumen insbesondere auf Null reduzierbar.To reduce the working volume to the dead volume, the displacement volume can be increased, in particular to a maximum displacement volume, and / or can be reduced to zero, in particular, to increase the working volume to the maximum working volume.
Eine Vergrößerung des Verdrängungsvolumens führt insbesondere zu einer Verkleinerung des Arbeitsvolumens und mithin zu einer Erhöhung des Arbeitsmediumdrucks.An increase in the displacement volume leads in particular to a reduction in the working volume and consequently to an increase in the working medium pressure.
Eine Verkleinerung des Verdrängungsvolumens führt insbesondere zu einer Vergrößerung des Arbeitsvolumens und zu einer Verringerung des Arbeitsmediumdrucks.A reduction in the displacement volume leads in particular to an increase in the working volume and to a reduction in the working medium pressure.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Druckänderungseinrichtung ein Verdrängungselement zum Verkleinern oder Vergrößern des Arbeitsvolumens umfasst. Vorzugsweise ist das Verdrängungsvolumen mittels des Verdrängungselements einstellbar, insbesondere vergrößerbar oder verkleinerbar.In one embodiment of the invention, it is provided that the pressure change device comprises a displacement element for reducing or increasing the working volume. The displacement volume can preferably be adjusted, in particular enlarged or reduced, by means of the displacement element.
Das Verdrängungselement ist insbesondere ein Kolben, insbesondere ein in einem Zylinder verlagerbarer Kolben.The displacement element is in particular a piston, in particular a piston that can be displaced in a cylinder.
Durch Verlagerung des Kolbens im Zylinder kann vorzugsweise das Arbeitsvolumen verkleinert oder vergrößert werden.By shifting the piston in the cylinder, the working volume can preferably be reduced or increased.
Der Kolben ist insbesondere ein Flüssigkeitskolben. Wenn der Kolben ein Flüssigkeitskolben ist, begrenzt vorzugsweise ein Meniskus des Flüssigkeitskolbens das Arbeitsvolumen.The piston is in particular a liquid piston. If the piston is a liquid piston, a meniscus of the liquid piston preferably limits the working volume.
Durch die Verwendung eines Flüssigkeitskolbens ist vorzugsweise ein hoher Dichtheitsgrad, das heißt eine besonders gute Abdichtung, zwischen Kolben und Zylinder, und somit ein hoher Arbeitsvolumendruck realisierbar.By using a liquid piston, a high degree of tightness, that is to say a particularly good seal, between piston and cylinder, and thus a high working volume pressure, can preferably be achieved.
Somit ist insbesondere auch eine Wärmemenge bei einer hohen Temperatur vom Arbeitsmedium auf das Speichermedium übertragbar.Thus, in particular, an amount of heat can also be transferred from the working medium to the storage medium at a high temperature.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Druckänderungseinrichtung ein Wandelement umfasst, welches ein Verdrängungsvolumen zur Aufnahme einer Verdrängungsflüssigkeit, insbesondere zur Aufnahme einer zumindest näherungsweise inkompressiblen Verdrängungsflüssigkeit, begrenzt.In one embodiment of the invention it is provided that the pressure change device comprises a wall element which delimits a displacement volume for receiving a displacement liquid, in particular for receiving an at least approximately incompressible displacement liquid.
Das Wandelement unterteilt das Arbeitsvolumen insbesondere in ein Totvolumen und ein insbesondere maximales Verdrängungsvolumen.The wall element divides the working volume, in particular, into a dead volume and, in particular, a maximum displacement volume.
Vorzugsweise umfasst die Wärmespeichervorrichtung einen Verdrängungsvolumenanschluss zum Zuführen von Verdrängungsflüssigkeit, insbesondere zum Zuführen von Wasser, in das Verdrängungsvolumen und/oder zum Abführen von Verdrängungsflüssigkeit, insbesondere zum Abführen von Wasser, aus dem Verdrängungsvolumen.The heat storage device preferably comprises a displacement volume connection for supplying displacement liquid, in particular for supplying water, into the displacement volume and / or for removing displacement liquid, in particular for removing water, from the displacement volume.
Vorzugsweise ist der Verdrängungsvolumenanschluss auch zum Abführen von Sattdampf aus dem Verdrängungsvolumen ausgebildet.The displacement volume connection is preferably also designed to remove saturated steam from the displacement volume.
Das Wandelement ist vorzugsweise zylindrisch, insbesondere kreiszylindrisch, ausgebildet.The wall element is preferably cylindrical, in particular circular cylindrical.
Das Wandelement erstreckt sich vorzugsweise konzentrisch zu einer Längsachse.The wall element preferably extends concentrically to a longitudinal axis.
Insbesondere weist das Wandelement einen kreisringartigen Querschnitt auf. Unter einem Querschnitt des Wandelements wird insbesondere ein senkrecht zur Längsachse des Wandelements genommener Querschnitt verstanden.In particular, the wall element has an annular cross section. A cross section of the wall element is in particular a Understood cross section taken perpendicular to the longitudinal axis of the wall element.
Vorzugsweise ist die Verdrängungsflüssigkeit Wasser.Preferably the displacement liquid is water.
Günstig kann es sein, wenn das Wandelement zumindest bereichsweise beabstandet vom Speichervolumen angeordnet ist. Das Arbeitsvolumen wird dabei insbesondere zumindest abschnittsweise oder zumindest bereichsweise vom Wandelement begrenzt.It can be favorable if the wall element is arranged at least in some areas at a distance from the storage volume. The working volume is in particular limited by the wall element at least in sections or at least in regions.
Das Wandelement weist vorzugsweise eine Wärmeleitfähigkeit λ von höchstens 10 W/m.K auf.The wall element preferably has a thermal conductivity λ of at most 10 W / m.K.
Wenn das Wandelement zumindest abschnittsweise oder zumindest bereichsweise beabstandet vom Speichervolumen angeordnet ist und eine Wärmeleitfähigkeit von höchstens 10 W/m·K aufweist, kann vorzugsweise erreicht werden, dass die Verdrängungsflüssigkeit und das Arbeitsmedium mittels des Wandelements zumindest näherungsweise thermisch entkoppelt und/oder isoliert sind. Somit kann vorzugsweise erreicht werden, dass möglichst wenig thermische Energie auf die Verdrängungsflüssigkeit übertragen wird, vorzugsweise im Wesentlichen nur in einem Kontaktbereich der Verdrängungsflüssigkeit und des Arbeitsmediums, das heißt insbesondere in einem Kontaktbereich des Flüssigkeitskolbens, insbesondere des Flüssigkeitskolbens aus flüssigem Wasser, und Sattdampf.If the wall element is arranged at least in sections or at least in some areas at a distance from the storage volume and has a thermal conductivity of at most 10 W / m · K, it can preferably be achieved that the displacement fluid and the working medium are at least approximately thermally decoupled and / or insulated by means of the wall element. It can thus be achieved that as little thermal energy as possible is transferred to the displacement liquid, preferably essentially only in a contact area of the displacement liquid and the working medium, i.e. in particular in a contact area of the liquid piston, in particular the liquid piston made of liquid water and saturated steam.
Durch Verdampfen von Verdrängungsflüssigkeit, insbesondere durch Verdampfen von flüssigem Wasser, im Kontaktbereich der Verdrängungsflüssigkeit mit dem Arbeitsmedium, insbesondere mit Sattdampf, kann dem Arbeitsvolumen erneut Arbeitsmedium, insbesondere Sattdampf, zugeführt werden, so dass kondensiertes Arbeitsmedium ersetzbar ist.By evaporation of the displacement liquid, in particular by evaporation of liquid water, in the contact area of the displacement liquid with the working medium, in particular with saturated steam, working medium, in particular saturated steam, can be supplied again to the working volume so that condensed working medium can be replaced.
Die Verwendung eines Flüssigkeitskolbens ist vorzugsweise günstiger als die Verwendung anderer Kolbenverdichter. Zudem kann aufgrund der besseren Abdichtung eines Flüssigkeitskolbens vorzugsweise ein höherer Druck bei einem kompakten Aufbau erreicht werden. Somit sind insbesondere hohe Wirkungsgrade auch bei einer vergleichsweise geringen Gesamtleistung realisierbar.The use of a liquid piston is preferably cheaper than the use of other reciprocating compressors. In addition, due to the better sealing of a liquid piston, a higher pressure can preferably be achieved with a compact structure. In particular, high efficiencies can thus be achieved even with a comparatively low total output.
Alternativ zur Verwendung eines Wandelements ist es auch möglich, zur Änderung des Arbeitsvolumens beispielsweise einen Plungerzylinder vorzusehen, welcher in das Arbeitsvolumen einfahrbar ist.As an alternative to using a wall element, it is also possible to change the working volume, for example, to provide a plunger cylinder which can be moved into the working volume.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Wärmespeichervorrichtung eine Druckhülle umfasst, welche das Arbeitsvolumen von dem Speichervolumen trennt. Die Druckhülle umfasst vorzugsweise eine Druckhüllenwandung, welche insbesondere druckfest ausgebildet ist. Vorzugsweise kann mittels des Wandelements ein Kontakt der dem Verdrängungsvolumen zuführbaren Verdrängungsflüssigkeit mit der Druckhülle der Wärmespeichervorrichtung, insbesondere mit der Druckhüllenwandung, vermieden werden.In one embodiment of the invention it is provided that the heat storage device comprises a pressure envelope which separates the working volume from the storage volume. The pressure envelope preferably comprises a pressure envelope wall which is designed in particular to be pressure-resistant. Preferably, by means of the wall element, contact of the displacement liquid that can be supplied to the displacement volume with the pressure envelope of the heat storage device, in particular with the pressure envelope wall, can be avoided.
Die Druckhülle ist beispielsweise als Druckkessel ausgebildet.The pressure envelope is designed, for example, as a pressure vessel.
Alternativ dazu ist es möglich, dass die Druckhülle als Rohrregister ausgebildet ist. Ein solches Rohrregister ist vorzugsweise zumindest näherungsweise vollständig im Speichervolumen angeordnet.Alternatively, it is possible that the pressure envelope is designed as a pipe register. Such a pipe register is preferably arranged at least approximately completely in the storage volume.
Die Druckhüllenwandung umfasst vorzugsweise ein Druckhüllenmaterial, welches eine Wärmeleitfähigkeit λ von insbesondere zumindest 50 W/m.K aufweist. Somit kann vorzugsweise eine besonders gute Wärmeübertragung vom Arbeitsmedium auf das Speichermedium und umgekehrt ermöglicht werden.The pressure envelope wall preferably comprises a pressure envelope material which has a thermal conductivity λ of in particular at least 50 W / m.K. This enables particularly good heat transfer from the working medium to the storage medium and vice versa.
Die Wärmeübertragungseinrichtung umfasst vorzugsweise die Druckhülle oder wird durch diese gebildet.The heat transfer device preferably comprises the pressure envelope or is formed by it.
Die Druckhüllenwandung ist insbesondere zumindest bereichsweise beabstandet zum Wandelement angeordnet.The pressure envelope wall is in particular arranged at least in regions at a distance from the wall element.
Die Druckhülle und/oder die Druckhüllenwandung erstrecken sich insbesondere konzentrisch zu einer Längsachse.The pressure envelope and / or the pressure envelope wall extend in particular concentrically to a longitudinal axis.
Das Wandelement ist vorzugsweise konzentrisch zur Druckhülle und/oder zur Druckhüllenwandung angeordnet.The wall element is preferably arranged concentrically to the pressure envelope and / or to the pressure envelope wall.
Das Wandelement ist insbesondere zumindest abschnittsweise beabstandet von der Druckhülle und/oder der Druckhüllenwandung angeordnet.The wall element is in particular arranged at least in sections at a distance from the pressure envelope and / or the pressure envelope wall.
Die Druckhülle und/oder die Druckhüllenwandung weist insbesondere einen zylindrischen, vorzugsweise einen kreiszylindrischen, Querschnitt auf. Unter einem Querschnitt der Druckhülle und/oder der Druckhüllenwandung wird insbesondere ein senkrecht zur Längsachse der Druckhülle und/oder der Druckhüllenwandung genommener Querschnitt verstanden.The pressure envelope and / or the pressure envelope wall has in particular a cylindrical, preferably a circular cylindrical, cross section. A cross section of the pressure envelope and / or the pressure envelope wall is understood to mean in particular a cross section taken perpendicular to the longitudinal axis of the pressure envelope and / or the pressure envelope wall.
Mittels eines kreiszylindrischen Querschnitts der Druckhülle und/oder der Druckhüllenwandung ist vorzugsweise eine hohe Druckfestigkeit der Druckhülle realisierbar.By means of a circular cylindrical cross section of the pressure envelope and / or the pressure envelope wall, a high pressure resistance of the pressure envelope can preferably be achieved.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Wandelement in einem Anlagebereich oder in mehreren Anlagebereichen zumindest abschnittsweise flächig, insbesondere dichtend, an der Druckhülle, insbesondere an einer Druckhüllenwandung der Druckhülle, anliegt, wobei das Wandelement und/oder die Druckhülle einen oder mehrere Kanäle und/oder eine oder mehrere Nuten umfasst, in denen das Wandelement nicht flächig an der Druckhülle anliegt und welche ein Totvolumen zur Aufnahme des Arbeitsmediums begrenzen.In one embodiment of the invention it is provided that the wall element is at least in one contact area or in several contact areas in sections flat, in particular sealingly, rests on the pressure envelope, in particular on a pressure envelope wall of the pressure envelope, the wall element and / or the pressure envelope including one or more channels and / or one or more grooves in which the wall element does not lie flat against the pressure envelope and which limit a dead volume for receiving the working medium.
Vorzugsweise sind die Kanäle und/oder die Nuten nur im Wandelement oder nur in der Druckhülle angeordnet oder gebildet.The channels and / or the grooves are preferably arranged or formed only in the wall element or only in the pressure envelope.
Alternativ oder ergänzend dazu ist es denkbar, dass die Kanäle und/oder die Nuten sowohl im Wandelement als auch in der Druckhülle angeordnet oder gebildet sind und somit vom Wandelement einerseits und der Druckhülle andererseits begrenzt werden.Alternatively or in addition to this, it is conceivable that the channels and / or the grooves are arranged or formed both in the wall element and in the pressure envelope and are thus delimited by the wall element on the one hand and the pressure envelope on the other.
Die Kanäle und/oder die Nuten bilden im Wesentlichen das Totvolumen. Vorzugsweise sind die Kanäle und/oder die Nuten in einem Querschnitt derart ausgebildet, dass ein Verhältnis des Verdrängungsvolumens zum Totvolumen möglichst groß ist. Um eine möglichst große Erhöhung des Arbeitsmediumdrucks realisieren zu können, ist insbesondere ein Verhältnis des Verdrängungsvolumens zum Totvolumen von bis zu 50:1 wünschenswert.The channels and / or the grooves essentially form the dead volume. The channels and / or the grooves are preferably designed in a cross section such that a ratio of the displacement volume to the dead volume is as large as possible. In order to be able to achieve the greatest possible increase in the working medium pressure, a ratio of the displacement volume to the dead volume of up to 50: 1 is particularly desirable.
Unter einem Querschnitt der Kanäle und/oder der Nuten wird insbesondere ein senkrecht zu deren Längserstreckung genommener Querschnitt verstanden.A cross section of the channels and / or the grooves is understood to mean in particular a cross section taken perpendicular to their longitudinal extension.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Wärmespeichervorrichtung eine Wärmeleitstruktur zur Übertragung von Wärme vom Arbeitsmedium auf das Speichermedium oder umgekehrt umfasst, welche im Speichervolumen angeordnet ist.In one embodiment of the invention it is provided that the heat storage device comprises a heat conducting structure for transferring heat from the working medium to the storage medium or vice versa, which structure is arranged in the storage volume.
Die Wärmeleitstruktur umfasst vorzugsweise Rippenelemente, welche an der Druckhülle zumindest abschnittsweise, in Längsrichtung insbesondere durchgehend, anliegen und entlang einer Längserstreckung der Kanäle und/oder der Nuten ausgebildet sind.The heat conduction structure preferably comprises rib elements which abut the pressure envelope at least in sections, in particular continuously, in the longitudinal direction and are formed along a longitudinal extent of the channels and / or the grooves.
Eine Längserstreckung ist dabei insbesondere eine Erstreckung entlang einer Längsachse der Druckhülle.A longitudinal extension is in particular an extension along a longitudinal axis of the pressure envelope.
Vorzugsweise ist mittels der Wärmeleitstruktur Wärme auf das Speichermedium übertragbar oder diesem zuführbar.Preferably, heat can be transferred to or supplied to the storage medium by means of the heat conduction structure.
Alternativ oder ergänzend hierzu ist dem Speichermedium mittels der Wärmeleitstruktur vorzugsweise Wärme entziehbar oder von diesem abführbar.As an alternative or in addition to this, heat can preferably be withdrawn from the storage medium by means of the heat-conducting structure or can be removed from it.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Druckänderungseinrichtung eine Pumpe zur Zuführung einer Verdrängungsflüssigkeit, insbesondere einer zumindest näherungsweise inkompressiblen Verdrängungsflüssigkeit, in das Verdrängungsvolumen umfasst.In one embodiment of the invention it is provided that the pressure change device comprises a pump for supplying a displacement liquid, in particular an at least approximately incompressible displacement liquid, into the displacement volume.
Die Pumpe ist insbesondere zur Zuführung der Flüssigkeit in das Verdrängungsvolumen ausgebildet.The pump is designed in particular to feed the liquid into the displacement volume.
Vorzugsweise ist eine Leitung vorgesehen, welche mit dem Verdrängungsvolumen fluidisch, insbesondere hydraulisch, verbunden oder verbindbar ist. Die Leitung mündet insbesondere in das Verdrängungsvolumen.A line is preferably provided which is fluidly, in particular hydraulically, connected or connectable to the displacement volume. The line opens in particular into the displacement volume.
Vorzugsweise mündet die Leitung in einem in Schwerkraftrichtung unteren Bereich des Wandelements in das Verdrängungsvolumen.The line preferably opens into the displacement volume in a region of the wall element which is lower in the direction of gravity.
Günstig kann es sein, wenn die Druckänderungseinrichtung ferner einen Antriebsmotor, insbesondere einen Elektromotor, zum Antreiben der Pumpe umfasst.It can be favorable if the pressure change device further comprises a drive motor, in particular an electric motor, for driving the pump.
Günstig kann es ferner sein, wenn die Wärmespeichervorrichtung eine Steuervorrichtung umfasst, mittels welcher die Druckänderungseinrichtung zur Änderung des Arbeitsmediumdrucks ansteuerbar ist.It can furthermore be favorable if the heat storage device comprises a control device by means of which the pressure changing device can be controlled to change the working medium pressure.
Die Steuervorrichtung ist insbesondere zur Ansteuerung der Pumpe der Druckänderungseinrichtung ausgebildet.The control device is designed in particular for controlling the pump of the pressure change device.
Vorzugsweise ist die Steuerung zum Ansteuern des die Pumpe antreibenden Antriebsmotors ausgebildet.The controller is preferably designed to control the drive motor that drives the pump.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Speichermedium ein Latentwärmespeichermedium und/oder ein Speichermedium zum Speichern von sensibler Wärme umfasst.In one embodiment of the invention it is provided that the storage medium comprises a latent heat storage medium and / or a storage medium for storing sensible heat.
Das Latentwärmespeichermedium umfasst beispielsweise Nitratsalze oder Paraffin.The latent heat storage medium includes, for example, nitrate salts or paraffin.
Vorzugsweise ist das Speichermedium eine Schüttung aus Latentwärmespeichermedium oder Latentwärmespeichermaterial.The storage medium is preferably a bed of latent heat storage medium or latent heat storage material.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Wärmespeichervorrichtung ferner eine von der Druckänderungseinrichtung verschiedene Druckerhöhungseinrichtung zur Erhöhung des Arbeitsmediumdrucks umfasst. Mittels der Druckerhöhungseinrichtung kann vorzugsweise ein höherer Arbeitsmediumdruck des Arbeitsmediums, insbesondere vor dessen Erhöhung mittels der Druckänderungseinrichtung, erreicht werden.In one embodiment of the invention it is provided that the heat storage device further comprises a pressure increasing device different from the pressure changing device for increasing the working medium pressure. Using the Pressure increasing device, a higher working medium pressure of the working medium can preferably be achieved, in particular before it is increased by means of the pressure changing device.
Die Druckerhöhungseinrichtung ist vorzugsweise ein Vorverdichter und/oder ein Zusatzverdichter.The pressure increasing device is preferably a pre-compressor and / or an additional compressor.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Arbeitsvorrichtung, insbesondere eine Arbeitsvorrichtung zum Bereitstellen von mechanischer Arbeit.The present invention also relates to a working device, in particular a working device for providing mechanical work.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die weitere Aufgabe zugrunde, eine Arbeitsvorrichtung bereitzustellen, mittels welcher mechanische Arbeit abgebbar ist und welche einfach und kostengünstig herstellbar ist.The present invention is therefore based on the further object of providing a working device by means of which mechanical work can be delivered and which can be produced easily and inexpensively.
Diese Aufgabe wird durch eine Arbeitsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst.This object is achieved by a working device with the features of claim 11.
Die Arbeitsvorrichtung umfasst wenigstens ein Wärmespeichervorrichtungspaar, welches zwei Wärmespeichervorrichtungen nach einem der Ansprüche 1 bis 10 umfasst.The working device comprises at least one heat storage device pair, which comprises two heat storage devices according to one of claims 1 to 10.
Die Druckänderungseinrichtungen einer jeden Wärmespeichervorrichtung umfassen vorzugsweise jeweils ein Wandelement, welches jeweils ein Verdrängungsvolumen zur Aufnahme einer Verdrängungsflüssigkeit, insbesondere zur Aufnahme einer zumindest näherungsweise inkompressiblen Verdrängungsflüssigkeit, begrenzt.The pressure change devices of each heat storage device preferably each include a wall element which each delimits a displacement volume for receiving a displacement liquid, in particular for receiving an at least approximately incompressible displacement liquid.
Die Verdrängungsvolumina der beiden Wärmespeichervorrichtungen sind vorzugsweise mittels einer Verbindungsleitung fluidisch, insbesondere hydraulisch, miteinander verbunden.The displacement volumes of the two heat storage devices are preferably connected to one another fluidically, in particular hydraulically, by means of a connecting line.
Die Arbeitsvorrichtung umfasst vorzugsweise einen Hydromotor zum Bereitstellen von mechanischer und/oder elektrischer Energie, welcher in der Verbindungsleitung angeordnet und mittels der Verdrängungsflüssigkeit durchströmbar ist.The working device preferably comprises a hydraulic motor for providing mechanical and / or electrical energy, which is arranged in the connecting line and through which the displacement fluid can flow.
Der Hydromotor ist insbesondere in zwei entgegengesetzten Durchströmungsrichtungen durchströmbar.The hydraulic motor can in particular be flowed through in two opposite flow directions.
Vorzugsweise ist eine Drehrichtung des Hydromotors derart umschaltbar, dass die Drehrichtung einer Welle des Hydromotors zum Bereitstellen von mechanischer und/oder elektrischer Energie unabhängig von der Durchströmungsrichtung identisch ist.A direction of rotation of the hydraulic motor can preferably be switched in such a way that the direction of rotation of a shaft of the hydraulic motor for providing mechanical and / or electrical energy is identical regardless of the direction of flow.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben einer Wärmespeichervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10.The present invention also relates to a method for operating a heat storage device according to one of Claims 1 to 10.
Das Verfahren umfasst vorzugsweise Folgendes: einen Beladeschritt zum Zuführen von Wärme zu der Speichereinrichtung mittels der Wärmeübertragungseinrichtung, wobei der Beladeschritt umfasst: Zuführen eines dampfförmigen Arbeitsmediums, insbesondere Zuführen von Sattdampf, in das Arbeitsvolumen; Erhöhen eines Arbeitsmediumdrucks des Arbeitsmediums im Arbeitsvolumen, so dass Wärme, insbesondere Kondensationswärme, vom Arbeitsmedium auf ein im Speichervolumen angeordnetes Speichermedium übertragen wird.The method preferably comprises the following: a loading step for supplying heat to the storage device by means of the heat transfer device, the loading step comprising: supplying a vaporous working medium, in particular supplying saturated steam, into the working volume; Increasing a working medium pressure of the working medium in the working volume, so that heat, in particular condensation heat, is transferred from the working medium to a storage medium arranged in the storage volume.
Der Arbeitsmediumdruck wird insbesondere derart erhöht, dass das Arbeitsmedium zumindest teilweise kondensiert.The working medium pressure is increased in particular in such a way that the working medium at least partially condenses.
Vorzugsweise ist der Arbeitsvolumenanschluss der Wärmespeichervorrichtung beim Zuführen des Arbeitsmediums in das Arbeitsvolumen geöffnet, beim Schritt des Erhöhens des Arbeitsmediumdrucks jedoch geschlossen.The working volume connection of the heat storage device is preferably open when the working medium is fed into the working volume, but closed in the step of increasing the working medium pressure.
Wenn der Arbeitsmediumdruck, insbesondere ein Sattdampfdruck, einen Wert erreicht, bei welchem die Sättigungstemperatur des Arbeitsmediums und/oder des Sattdampfs größer ist als eine Temperatur des Speichermediums, kondensiert das Arbeitsmedium vorzugsweise. Somit kann insbesondere Wärme vom Arbeitsmedium auf das Speichermedium übertragen werden.When the working medium pressure, in particular a saturated steam pressure, reaches a value at which the saturation temperature of the working medium and / or of the saturated steam is greater than a temperature of the storage medium, the working medium preferably condenses. In particular, heat can thus be transferred from the working medium to the storage medium.
Günstig kann es sein, wenn der Beladeschritt zyklisch wiederholt wird.It can be beneficial if the loading step is repeated cyclically.
Vorzugsweise beträgt eine Zyklusdauer des Beladeschritts ungefähr 10 bis ungefähr 60 Sekunden.A cycle duration of the loading step is preferably approximately 10 to approximately 60 seconds.
Als Speichermedium wird insbesondere ein Latentwärmespeichermedium, vorzugsweise ein Phasenwechselmaterial, oder ein Speichermedium für sensible Wärme verwendet. Wenn ein Speichermedium für sensible Wärme verwendet wird, ist die Wärmespeichervorrichtung insbesondere in einem Gleitdruckbetrieb betreibbar.In particular, a latent heat storage medium, preferably a phase change material, or a storage medium for sensible heat is used as the storage medium. If a storage medium is used for sensible heat, the heat storage device can be operated in particular in a sliding pressure mode.
In einem Ausgangsschritt ist das Latentwärmespeichermedium und/oder das Phasenmaterial beispielsweise noch fest und das Arbeitsmedium, insbesondere Sattdampf, noch nicht verdichtet.In an initial step, the latent heat storage medium and / or the phase material is still solid, for example, and the working medium, in particular saturated steam, is not yet compressed.
Ein Arbeitsmediumdruck wird dann vorzugsweise mittels der Druckänderungseinrichtung, beispielsweise durch Zuführen einer Verdrängungsflüssigkeit in das Verdrängungsvolumen und Vergrößern des Verdrängungsvolumens, erhöht.A working medium pressure is then preferably increased by means of the pressure changing device, for example by supplying a displacement liquid into the displacement volume and increasing the displacement volume.
Als Verdrängungsflüssigkeit wird insbesondere Wasser verwendet.In particular, water is used as the displacement liquid.
Vorzugsweise steigt der Arbeitsmediumdruck bis der Arbeitsmediumdruck, insbesondere ein Sattdampfdruck, einen Wert erreicht, bei welchem die Sättigungstemperatur des Arbeitsmediums und/oder des Sattdampfs größer ist als eine Temperatur des Speichermediums, so dass das Arbeitsmedium kondensiert und Wärme vom Arbeitsmedium auf das Speichermedium übertragen wird. Ein Latentwärmespeichermedium, insbesondere ein Phasenwechselmaterial, kann dabei beispielsweise verflüssigt werden.The working medium pressure preferably increases until the working medium pressure, in particular a saturated steam pressure, reaches a value at which the saturation temperature of the working medium and / or the saturated steam is greater than a temperature of the storage medium, so that the working medium condenses and heat is transferred from the working medium to the storage medium. A latent heat storage medium, in particular a phase change material, can be liquefied, for example.
Eine Überhitzung des Sattdampfs erfolgt bei der Erhöhung des Arbeitsmediumdrucks vorzugsweise nicht, da die Verdrängungsflüssigkeit, insbesondere flüssiges Wasser, zumindest teilweise verdampft und somit zusätzlicher Sattdampf erzeugt wird.The saturated steam is preferably not overheated when the working medium pressure is increased, since the displacement liquid, in particular liquid water, at least partially evaporates and additional saturated steam is thus generated.
Bei einer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Verfahren ferner einen Entladeschritt zum Abführen von Wärme von der Speichereinrichtung mittels der Wärmeübertragungseinrichtung umfasst, wobei der Entladeschritt umfasst: Zuführen eines flüssigen Arbeitsmediums, insbesondere Zuführen von Wasser, in das Arbeitsvolumen; Verdampfen des Arbeitsmediums, insbesondere Erzeugen von Sattdampf, indem Wärme von dem Speichermedium auf das Arbeitsmedium übertragen wird.In one embodiment of the method, it is provided that the method further comprises an unloading step for removing heat from the storage device by means of the heat transfer device, the unloading step comprising: feeding a liquid working medium, in particular feeding water, into the working volume; Evaporation of the working medium, in particular generating saturated steam by transferring heat from the storage medium to the working medium.
Vorzugsweise wird das flüssige Arbeitsmedium, insbesondere Wasser, mittels des Arbeitsvolumenanschlusses zum Zuführen des Arbeitsmediums dem Arbeitsvolumen zugeführt.The liquid working medium, in particular water, is preferably supplied to the working volume by means of the working volume connection for supplying the working medium.
Das flüssige Arbeitsmedium, insbesondere Wasser, wird dem Arbeitsvolumen vorzugsweise in einem Siedezustand zugeführt. Somit kann ein Verdampfen des Arbeitsmediums vorzugsweise erleichtert werden.The liquid working medium, in particular water, is preferably supplied to the working volume in a boiling state. Evaporation of the working medium can thus preferably be facilitated.
Der erzeugte Sattdampf kann beispielsweise zum Heizen genutzt werden.The saturated steam generated can be used for heating, for example.
Alternativ oder ergänzend dazu ist es möglich, mittels des Sattdampfs eine Dampfturbine anzutreiben, welche wiederum einen Generator zur Erzeugung von elektrischem Strom antreibt.As an alternative or in addition to this, it is possible to use the saturated steam to drive a steam turbine, which in turn drives a generator to generate electrical power.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben einer Arbeitsvorrichtung nach Anspruch 11. Das Verfahren umfasst insbesondere Folgendes: Zuführen von flüssigem Arbeitsmedium, insbesondere Zuführen von Wasser, in das Arbeitsvolumen einer ersten Wärmespeichervorrichtung des wenigstens einen Wärmespeichervorrichtungspaars, wobei Wärme von dem Speichermedium auf das flüssige Arbeitsmedium übertragen wird, so dass das Arbeitsmedium verdampft.The invention also relates to a method for operating a working device according to claim 11. The method comprises in particular the following: Supplying liquid working medium, in particular supplying water, into the working volume of a first heat storage device of the at least one heat storage device pair, with heat from the storage medium being transferred to the liquid working medium is transmitted so that the working medium evaporates.
Das Verfahren umfasst ferner insbesondere Folgendes: Verdrängen einer Verdrängungsflüssigkeit aus dem Verdrängungsvolumen der ersten Wärmespeichervorrichtung des wenigstens einen Wärmespeichervorrichtungspaars durch die Verbindungsleitung in das Verdrängungsvolumen der zweiten Wärmespeichervorrichtung des wenigstens einen Wärmespeichervorrichtungspaars, so dass der in der Verbindungsleitung angeordnete Hydromotor durchströmt wird und mechanische und/oder elektrische Energie bereitgestellt wird.The method further comprises in particular the following: Displacement of a displacement fluid from the displacement volume of the first heat storage device of the at least one heat storage device pair through the connecting line into the displacement volume of the second heat storage device of the at least one heat storage device pair, so that the hydraulic motor arranged in the connecting line is flowed through and mechanical and / or electrical Energy is provided.
Vorzugsweise wird die Verdrängungsflüssigkeit mittels des in der ersten Wärmespeichvorrichtung verdampften Arbeitsmediums aus dem Verdrängungsvolumen der ersten Wärmespeichervorrichtung verdrängt.The displacement liquid is preferably displaced from the displacement volume of the first heat storage device by means of the working medium evaporated in the first heat storage device.
Weitere bevorzugte Merkmale und/oder Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen.Further preferred features and / or advantages of the invention are the subject of the following description and the graphic representation of exemplary embodiments.
In den Zeichnungen zeigen:
-
1 eine schematische Schnittansicht einer Wärmespeichervorrichtung mit einer separat gezeigten Pumpe einer Druckänderungseinrichtung; -
2 eine schematische Schnittansicht der Wärmespeichervorrichtung aus1 ; -
3 eine schematische Schnittansicht der Wärmespeichervorrichtung aus2 längs der Linie III-III in2 ; -
4 eine schematische Schnittansicht der Wärmespeichervorrichtung aus2 längs der Linie IV-IV in2 ; -
5 eine vergrößerte Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Wärmespeichervorrichtung in einem Schnitt gemäß3 ; -
6 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs VI in5 ; -
7 eine schematische Darstellung einer Arbeitsvorrichtung, welche ein Wärmespeichervorrichtungspaar mit zwei Wärmespeichervorrichtungen umfasst; -
8 eine schematische Darstellung der Wärmespeichervorrichtung aus1 in einem Anfangszustand eines Beladezyklus; -
9 eine schematische Darstellung der Wärmespeichervorrichtung aus1 beim Erhöhen eines Arbeitsmediumdrucks in einem Beladezyklus; -
10 eine schematische Darstellung der Wärmespeichervorrichtung aus1 beim weiteren Verdichten eines Arbeitsmediums und Übertragen von Wärme vom Arbeitsmedium auf das Speichermedium in einem Beladezyklus; -
11 eine schematische Darstellung der Wärmespeichervorrichtung aus1 mit einem vollständig mit einer Verdrängungsflüssigkeit gefüllten Verdrängungsvolumen in einem Beladezyklus; -
12 eine schematische Darstellung der Wärmespeichervorrichtung aus1 beim Expandieren eines Arbeitsmediums, welches eine Verdrängungsflüssigkeit aus dem Verdrängungsvolumen verdrängt, in einem Beladezyklus; -
13 eine schematische Darstellung der Wärmespeichervorrichtung aus1 beim Füllen des Arbeitsvolumens mit Arbeitsmedium, welches dabei Verdrängungsflüssigkeit aus dem Verdrängungsvolumen verdrängt, in einem Beladezyklus; -
14 eine schematische Darstellung der Wärmespeichervorrichtung aus1 in einem Entladezyklus, wobei dem Arbeitsvolumen flüssiges Arbeitsmedium zugeführt wird, wobei Wärme vom Speichermedium auf das Arbeitsmedium übertragen wird und dieses verdampft wird; -
15 eine schematische Darstellung der Arbeitsvorrichtung aus7 in einem Anfangszustand eines Entladezyklus; -
16 eine schematische Darstellung der Arbeitsvorrichtung aus7 beim Zuführen von flüssigem Arbeitsmedium in einem Entladezyklus; -
17 eine schematische Darstellung der Arbeitsvorrichtung aus7 , wobei Wärme von einem Speichermedium auf das flüssige Arbeitsmedium übertragen wird und dieses verdampft und somit Verdrängungsflüssigkeit aus dem Verdrängungsvolumen in eine Verbindungsleitung verdrängt, in einem Entladezyklus; -
18 eine schematische Darstellung der Arbeitsvorrichtung aus7 in einem Endzustand eines Entladezyklus; -
19 eine schematische Darstellung eines Diagramms, welches einen Arbeitsvolumendruck in Abhängigkeit eines Anteils zeigt, welchen ein Verdrängungsvolumen in einem Arbeitsvolumen einnimmt; und -
20 eine schematische Darstellung eines Diagramms, welches eine Sättigungstemperatur eines Arbeitsmediums in Abhängigkeit eines Anteils zeigt, welchen ein Verdrängungsvolumen in einem Arbeitsvolumen annimmt.
-
1 a schematic sectional view of a heat storage device with a separately shown pump of a pressure change device; -
2 a schematic sectional view of the heat storage device1 ; -
3 a schematic sectional view of the heat storage device2 along the line III-III in2 ; -
4th a schematic sectional view of the heat storage device2 along the line IV-IV in2 ; -
5 an enlarged illustration of a further embodiment of a heat storage device in a section according to3 ; -
6th an enlarged view of the area VI in5 ; -
7th a schematic representation of a working device which comprises a pair of heat storage devices with two heat storage devices; -
8th a schematic representation of the heat storage device1 in an initial state of a loading cycle; -
9 a schematic representation of the heat storage device1 when increasing a working medium pressure in a loading cycle; -
10 a schematic representation of the heat storage device1 when further compressing a working medium and Transferring heat from the working medium to the storage medium in a loading cycle; -
11 a schematic representation of the heat storage device1 with a displacement volume completely filled with a displacement liquid in one loading cycle; -
12th a schematic representation of the heat storage device1 when expanding a working medium, which displaces a displacement liquid from the displacement volume, in a loading cycle; -
13th a schematic representation of the heat storage device1 when filling the working volume with working medium, which in the process displaces displacement fluid from the displacement volume, in one loading cycle; -
14th a schematic representation of the heat storage device1 in a discharge cycle, the working volume being supplied with liquid working medium, heat being transferred from the storage medium to the working medium and the working medium being evaporated; -
15th a schematic representation of the working device7th in an initial state of a discharge cycle; -
16 a schematic representation of the working device7th when supplying liquid working medium in one discharge cycle; -
17th a schematic representation of the working device7th , wherein heat is transferred from a storage medium to the liquid working medium and this evaporates and thus displaces displacement liquid from the displacement volume into a connecting line, in a discharge cycle; -
18th a schematic representation of the working device7th in a final state of a discharge cycle; -
19th a schematic representation of a diagram which shows a working volume pressure as a function of a proportion which a displacement volume occupies in a working volume; and -
20th a schematic representation of a diagram which shows a saturation temperature of a working medium as a function of a proportion which a displacement volume assumes in a working volume.
Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in sämtlichen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.Identical or functionally equivalent elements are provided with the same reference symbols in all figures.
Die Wärmespeichervorrichtung
Die Speichereinrichtung
Die Wärmespeichervorrichtung
Die Wärmeübertragungseinrichtung
Das Arbeitsvolumen
Die Wärmespeichervorrichtung
Die Wärmespeichervorrichtung
Das Wandelement
Das Wandelement
Das Wandelement
Das Wandelement
Das Wandelement
Das Wandelement
Die Wärmespeichervorrichtung
Die Druckhülle
Die Druckhüllenwandung
Bei den in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispielen der Wärmespeichervorrichtung
Alternativ dazu ist es denkbar, dass die Druckhülle
Die Druckhülle
Die Druckhülle
Die Druckhülle
Vorzugsweise umfasst die Druckhüllenwandung
Vorzugsweise sind das Wandelement
Die Wärmespeichervorrichtung
Die Wärmespeichervorrichtung
Bei dem in den
Bei dem in den
Das Wandelement
Die Kanäle
Bei den in den Figuren gezeigten Ausführungsspielen der Wärmespeichervorrichtung
Vorzugsweise umfasst das Latentwärmespeichermedium
Das in den
Die Wärmeleitstruktur
Die Wärmeleitstruktur
Die Rippenelemente
Unter einer Längserstreckung der Kanäle
Die Rippenelemente
Bei dem in den
Bei dem in den
Zur Verbesserung der Zuführung von Wärme vom Arbeitsmedium
Die Druckänderungseinrichtung
Die Pumpe
Hierzu ist insbesondere eine Leitung
Die Leitung
Die Leitung
Die Druckänderungseinrichtung
Der Antriebsmotor
Die Leitung
Die Wärmespeichervorrichtung
Die Steuervorrichtung
Mittels des Arbeitsvolumenanschlusses
Die Wärmespeichervorrichtung
Die Druckerhöhungseinrichtung
Die Druckerhöhungseinrichtung
Als Arbeitsmedium
Der Verdrängungsvolumenanschluss
Als Verdrängungsflüssigkeit
Die Arbeitsvorrichtung
Das Wärmespeichervorrichtungspaar
Bei der in
Die Arbeitsvorrichtung
Der Hydromotor
Mechanische Arbeit ist durch den Hydromotor
Die Arbeitsvorrichtung
Die Arbeitsvorrichtung
Der Hydromotor
Zurückkommend auf die in den
Das Arbeitsvolumen
Das Totvolumen
Das Verdrängungsvolumen
Vorzugsweise ist das Verdrängungsvolumen
Dem Verdrängungsvolumen
Der Flüssigkeitskolben
Das Verdrängungsvolumen
Das Verdrängungsvolumen
Grundsätzlich ist es denkbar, alternativ zu einem Flüssigkeitskolben
Folglich kann durch Verwendung eines Flüssigkeitskolbens
Dadurch, dass ein zusätzliches Wandelement
Da das Wandelement
Zudem kann dadurch, dass die Druckhülle
Ein Verfahren zum Betreiben der in den
Bei dem in
Im nächsten, in
Das Verdrängungsvolumen
Somit steigt der Arbeitsmediumdruck des Arbeitsmediums
Wenn dem Verdrängungsvolumen
Das Arbeitsvolumen
Wenn der Arbeitsmediumdruck, insbesondere der Sattdampfdruck, im Arbeitsvolumen
Kondensiertes Arbeitsmedium
Wenn dem Verdrängungsvolumen
Das Arbeitsmedium
Dem Verdrängungsvolumen
Vielmehr wird, wie in
Das im Arbeitsvolumen
Um die Verdrängungsflüssigkeit
Wenn die Verdrängungsflüssigkeit
Um dem Speichermedium
Die
Aus den
Daher ist bei dem in den
Mit dem in den
Zum Entladen der Wärmespeichervorrichtung
Ein Zuführen von Wasser ist dabei beispielsweise mittels der Pumpe
Wenn das flüssige Arbeitsmedium
In den
Das Verdrängungsvolumen
Das gesamte Arbeitsvolumen
Die die beiden Verdrängungsvolumenanschlüsse
In einem in
Das flüssige Arbeitsmedium
Im Arbeitsvolumen
Das dem Totvolumen
Aufgrund des sich im Arbeitsvolumen
Die Verdrängungsflüssigkeit
Beim Durchströmen des in der Verbindungsleitung
Ein Druck der Verdrängungsflüssigkeit
Vorzugsweise wird im zweiten Wärmeübertrager
Der im zweiten Wärmeübertrager
Im ersten Wärmeübertrager
Zum Ende des Zyklus haben die Wärmespeichervorrichtungen
Vorzugsweise ist daher vorgesehen, dass die Wärmeübertrager
Zur weiteren Bereitstellung mechanischer und/oder elektrischer Energie
Insgesamt kann eine Wärmespeichervorrichtung
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 100100
- WärmespeichervorrichtungHeat storage device
- 102102
- SpeichereinrichtungStorage facility
- 104104
- SpeichervolumenStorage volume
- 106106
- SpeichermediumStorage medium
- 108108
- WärmeübertragungseinrichtungHeat transfer device
- 109109
- ArbeitsmediumWorking medium
- 110110
- ArbeitsvolumenVolume of work
- 112112
- DruckänderungseinrichtungPressure change device
- 114114
- WandelementWall element
- 116116
- VerdrängungsvolumenDisplacement volume
- 117117
- VerdrängungsflüssigkeitDisplacement fluid
- 118118
- TotvolumenDead volume
- 120120
- LängsachseLongitudinal axis
- 122122
- Rohrpipe
- 124124
- DruckhüllePressure envelope
- 126126
- DruckhüllenwandungPressure envelope wall
- 128128
- DruckkesselPressure vessel
- 130130
- DruckhüllenmaterialPrinting sleeve material
- 132132
- ArbeitsvolumenanschlussWorking volume connection
- 134134
- VerdrängungsvolumenanschlussDisplacement connection
- 136136
- AnlagebereichInvestment area
- 138138
- Kanalchannel
- 140140
- NutGroove
- 142142
- LatentwärmespeichermediumLatent heat storage medium
- 144144
- PhasenwechselmaterialPhase change material
- 145145
- WärmeleitstrukturThermal structure
- 146146
- RippenelementRib element
- 148148
- WärmeleiteinsatzThermal insert
- 150150
- Pumpepump
- 152152
- Leitungmanagement
- 153153
- SchwerkraftrichtungDirection of gravity
- 154154
- AntriebsmotorDrive motor
- 156156
- ElektromotorElectric motor
- 158158
- Wellewave
- 160160
- Leitungmanagement
- 162162
- Reservoirreservoir
- 164164
- SteuervorrichtungControl device
- 166166
- DampfquelleSteam source
- 168168
- DruckerhöhungseinrichtungPressure booster
- 170170
- ZusatzverdichterAdditional compressor
- 172172
- FlüssigkeitskolbenLiquid piston
- 174174
- VerdrängungselementDisplacement element
- 176176
- OberkanteTop edge
- 178178
- Pfeilarrow
- 179179
- Pfeilarrow
- 180180
- Pfeilarrow
- 182182
- Pfeilarrow
- 184184
- Abszisseabscissa
- 186186
- Ordinateordinate
- 200200
- ArbeitsvorrichtungWorking device
- 202202
- WärmespeichervorrichtungspaarPair of thermal storage devices
- 204204
- VerbindungsleitungConnecting line
- 206206
- HydromotorHydraulic motor
- 208208
- Wellewave
- 210210
- erster Wärmeübertragerfirst heat exchanger
- 212212
- zweiter Wärmeübertragersecond heat exchanger
- 214214
- Wasserwater
- 216216
- Pfeilarrow
- 218218
- FlüssigkeitspegelLiquid level
- 220220
- Pfeilarrow
- 222222
- Pfeilarrow
- 224224
- mechanische Energiemechanical energy
- 226226
- elektrische Energieelectrical power
- 228228
- Wärmewarmth
- 230230
- Wärmewarmth
Claims (14)
Priority Applications (1)
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Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| DE102018201619.4A DE102018201619B4 (en) | 2018-02-02 | 2018-02-02 | Heat storage device, work device, method for operating a heat storage device and method for operating a work device |
Publications (2)
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| DE102018201619A1 DE102018201619A1 (en) | 2019-08-08 |
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE102018201619.4A Active DE102018201619B4 (en) | 2018-02-02 | 2018-02-02 | Heat storage device, work device, method for operating a heat storage device and method for operating a work device |
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| DE102022001124A1 (en) | 2022-04-01 | 2023-10-05 | Technische Hochschule Nürnberg Georg Simon Ohm, Körperschaft des öffentlichen Rechts | Combined heat-position energy storage, pressure transmitter and use of a pressure transmitter in a combined heat-position energy storage |
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- 2018-02-02 DE DE102018201619.4A patent/DE102018201619B4/en active Active
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R012 | Request for examination validly filed | ||
| R016 | Response to examination communication | ||
| R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
| R020 | Patent grant now final | ||
| R082 | Change of representative |
Representative=s name: DTS PATENT- UND RECHTSANWAELTE SCHNEKENBUEHL U, DE Representative=s name: DTS PATENT- UND RECHTSANWAELTE PARTMBB, DE |