DE102017213718B4

DE102017213718B4 - Wärmespeichervorrichtung und Verfahren zum Speichern oder Bereitstellen von Wärme mittels einer Wärmespeichervorrichtung

Info

Publication number: DE102017213718B4
Application number: DE102017213718.5A
Authority: DE
Inventors: Michael Fiss; Maike Johnson
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2017-08-07
Filing date: 2017-08-07
Publication date: 2023-06-01
Anticipated expiration: 2037-08-08
Also published as: DE102017213718A1

Abstract

Wärmespeichervorrichtung (100), umfassendeine Speichereinrichtung (102), welche ein Speichermedium (106) zum Speichern von Wärme aufweist,und eine Wärmeübertragungseinrichtung (108), durch welche der Speichereinrichtung (102) Wärme zuführbar oder Wärme von dieser abführbar ist,dadurch gekennzeichnet,dass die Wärmeübertragungseinrichtung (108) eine erste Strömungseinrichtung (110) und eine zweite Strömungseinrichtung (112) aufweist, dass die erste Strömungseinrichtung (110) und die zweite Strömungseinrichtung (112) jeweils in thermischem Kontakt mit der Speichereinrichtung (102) und/oder miteinander stehen,dass durch die erste Strömungseinrichtung (110) ein erstes Wärmeübertragungsmedium (114) und durch die zweite Strömungseinrichtung (112) ein zweites Wärmeübertragungsmedium (116) strömbar ist und dass die erste Strömungseinrichtung (110) von der zweiten Strömungseinrichtung (112) fluidisch getrennt ist,dass die Wärmeübertragungseinrichtung (108) mindestens ein Wärmeübertragungselement (118) aufweist, mittels welchem die erste Strömungseinrichtung (110) und die zweite Strömungseinrichtung (112) einerseits und das Speichermedium (106) der Speichereinrichtung (102) andererseits thermisch miteinander verbunden sind,dass das mindestens eine Wärmeübertragungselement (118) einen Aufnahmekörper (122) aufweist, welcher eine einen Innenraum (124) umgebende Wandung (120) des mindestens einen Wärmeübertragungselements (118) bildet, unddass die erste Strömungseinrichtung (110) und die zweite Strömungseinrichtung (112) durch den Innenraum (124) des mindestens einen Wärmeübertragungselements (118) verlaufen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmespeichervorrichtung, umfassend eine Speichereinrichtung, welche ein Speichermedium zum Speichern von Wärme aufweist, und eine Wärmeübertragungseinrichtung, durch welche der Speichereinrichtung Wärme zuführbar oder Wärme von dieser abführbar ist.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Speichern oder Bereitstellen von Wärme mittels einer Wärmespeichervorrichtung.
Aus der DE 10 2011 001 273 A1 ist ein Speichertank bekannt, welcher ein Gehäuse mit einem Speichermedium und wenigstens eine erste Wärmetauscheranordnung in Kontakt mit dem Speichermedium umfasst. Die wenigstens erste Wärmetauscheranordnung weist ein erstes Wärmeträgermedium auf. Ferner umfasst der Speichertank eine elektrische Heizeinheit zum Aufheizen des Speichermediums.
Aus der WO 2011/069693 A1 ist ein Wärmeübertragungsrohr mit einem Rohrelement bekannt, welches mehrere am Außenumfang des Rohrelementes angeordnete und sich auswärts erstreckende Rippen aufweist. Die Rippen sind an Ringsegmenten ausgebildet, welche das Rohrelement umgreifen und mit einer federelastischen Spanneinrichtung aneinander befestigt sind.
Aus der DE 10 2009 006 788 A1 ist ein Wärmespeicher mit einem Gehäuse bekannt, in welchem ein Phasenwechselmaterial und eine von dem Phasenwechselmaterial umgebene Wärmeleitstruktur angeordnet sind.
Aus der DE 20 2010 015 920 U1 ist ein Wärmespeicher bekannt, welcher eine Mehrzahl von mit Latentwärmespeichermaterial gefüllten Wärmespeicherplatten aufweist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wärmespeichervorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, welche bei vereinfachter Herstellbarkeit mit einer hohen Effizienz beladen oder entladen werden kann.
Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Wärmespeichervorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Wärmeübertragungseinrichtung eine erste Strömungseinrichtung und eine zweite Strömungseinrichtung aufweist, dass die erste Strömungseinrichtung und die zweite Strömungseinrichtung jeweils in thermischem Kontakt mit der Speichereinrichtung und/oder miteinander stehen, dass durch die erste Strömungseinrichtung ein erstes Wärmeübertragungsmedium und durch die zweite Strömungseinrichtung ein zweites Wärmeübertragungsmedium strömbar ist und dass die erste Strömungseinrichtung von der zweiten Strömungseinrichtung fluidisch getrennt ist.
Die erste Strömungseinrichtung und die zweite Strömungseinrichtung stehen jeweils in thermischem Kontakt mit der Speichereinrichtung. Dies ermöglicht eine einfache Zufuhr oder Abfuhr von Wärme zu bzw. von dem Speichermedium der Speichereinrichtung.
Um der Wärmespeichervorrichtung Wärme zuzuführen, wird die erste Strömungseinrichtung beispielsweise von einem heißen ersten Wärmeübertragungsmedium durchströmt, welches seine Wärme über die Wärmeübertragungseinrichtung an das Speichermedium abgibt. Zur Entnahme von Wärme aus der Wärmespeichervorrichtung wird beispielsweise die zweite Strömungseinrichtung mit einem kalten zweiten Wärmeübertragungsmedium durchströmt, auf welches die Speichereinrichtung über die Wärmeübertragungseinrichtung ihre gespeicherte Wärme abgibt.
Durch die fluidische Trennung der ersten Strömungseinrichtung von der zweiten Strömungseinrichtung können zum Be- und Entladen der Wärmespeichervorrichtung jeweils unterschiedliche Wärmeübertragungsmedien eingesetzt werden. Es lassen sich dadurch beispielsweise zeitgleich ein erstes heißes Wärmeübertragungsmedium durch die erste Strömungseinrichtung und ein zweites kaltes Wärmeübertragungsmedium durch die zweite Strömungseinrichtung strömen. Dies ermöglicht beispielsweise eine zeitgleiche Be- und Entladung der Wärmespeichervorrichtung.
Unter fluidisch getrennt ist insbesondere zu verstehen, dass die erste Strömungseinrichtung und die zweite Strömungseinrichtung fluidwirksam voneinander getrennt sind und/oder dass die erste Strömungseinrichtung und die zweite Strömungseinrichtung jeweils vollständig voneinander getrennte Strömungswege für Wärmeübertragungsfluid aufweisen.
Die erste Strömungseinrichtung und die zweite Strömungseinrichtung stehen insbesondere miteinander in thermischem Kontakt. Dies ermöglicht eine Wärmeübertragung von Wärme aus dem ersten Wärmeübertragungsmedium auf das zweite Wärmeübertragungsmedium (oder umgekehrt).
Die technische Ausführung der ersten Strömungseinrichtung bzw. der zweiten Strömungseinrichtung lässt sich jeweils anhand der physikalischen Parameter des ersten Wärmeübertragungsmediums bzw. des zweiten Wärmeübertragungsmediums optimieren. Relevante Parameter der durch die jeweilige Strömungseinrichtung strömenden Wärmeübertragungsmedien sind beispielsweise Druck und/oder Temperatur. Weitere relevante Parameter sind beispielsweise ein Massenstrom des jeweiligen Wärmeübertragungsmediums und/oder eine Korrosivität des jeweiligen Wärmeübertragungsmediums. Anhand der genannten Parameter können beispielsweise Wanddicken oder verwendete Materialien der jeweiligen Strömungseinrichtung optimal gewählt werden.
Die erste Strömungseinrichtung und/oder die zweite Strömungseinrichtung umfassen insbesondere jeweils eines oder mehrere Rohrelemente, durch welche das jeweilige Wärmeübertragungsmedium strömbar ist.
Die Speichereinrichtung weist beispielsweise eine Mehrzahl von Speicherelementen auf, welche insbesondere räumlich voneinander getrennt sind.
Das Speichermedium der Speichereinrichtung ist oder umfasst beispielsweise ein Phasenwechselmedium. Es lässt sich dadurch innerhalb eines definierten Temperaturbereichs eine große Wärmemenge speichern. Ferner kann dem Phasenwechselmedium insbesondere bei einer zumindest näherungsweise konstanten Temperatur Wärme zugeführt und/oder Wärme von diesem abgeführt werden. Dadurch lässt sich dem Phasenwechselmedium Wärme mit einer hohen Effizienz zuführen und/oder von diesem abführen.
Günstig ist es, wenn die erste Strömungseinrichtung und/oder die zweite Strömungseinrichtung jeweils als Fluidkreislauf ausgebildet sind oder jeweils einen Fluidkreislauf umfassen. Dadurch kann der Speichereinrichtung auf technisch einfache Weise Wärme zugeführt oder Wärme von dieser abgeführt werden.
Die erste Strömungseinrichtung und/oder die zweite Strömungseinrichtung weisen beispielsweise jeweils vollständig voneinander getrennte Fluidkreisläufe auf.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Wärmeübertragungseinrichtung mindestens ein Wärmeübertragungselement aufweist, mittels welchem die erste Strömungseinrichtung und die zweite Strömungseinrichtung einerseits und das Speichermedium der Speichereinrichtung andererseits thermisch miteinander verbunden sind. Durch das mindestens eine Wärmeübertragungselement kann auf einfache Weise eine thermische Kopplung zwischen der ersten Strömungseinrichtung und/oder der zweiten Strömungseinrichtung sowie dem Speichermedium der Speichereinrichtung hergestellt werden.
Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, dass das mindestens eine Wärmeübertragungselement einen Aufnahmekörper aufweist, welcher eine einen Innenraum umgebende Wandung des mindestens einen Wärmeübertragungselements bildet, und dass die erste Strömungseinrichtung und die zweite Strömungseinrichtung durch den Innenraum des mindestens einen Wärmeübertragungselements verlaufen. Abschnitte der ersten Strömungseinrichtung und/oder der zweiten Strömungseinrichtung können beispielsweise mittels des Aufnahmekörpers fixiert werden. Mittels des Aufnahmekörpers kann eine besonders gute thermische Kopplung zwischen der jeweiligen Strömungseinrichtung und der Wandung des mindestens einen Wärmeübertragungselements hergestellt werden. Mittels des Aufnahmekörpers kann ferner insbesondere eine thermische Kopplung zwischen der ersten Strömungseinrichtung und der zweiten Strömungseinrichtung hergestellt werden.
Insbesondere bildet der Aufnahmekörper eine Wandung, welche einen Innenraum des mindestens einen Wärmeübertragungselements umgibt. Durch diesen Innenraum verlaufen beispielsweise zumindest Bereiche der ersten Strömungseinrichtung und/oder der zweiten Strömungseinrichtung. Der Innenraum wird vorzugsweise von der ersten Strömungseinrichtung und/oder der zweiten Strömungseinrichtung näherungsweise vollständig ausgefüllt.
Die erste Strömungseinrichtung und/oder die zweite Strömungseinrichtung sind beispielsweise mittels des Aufnahmekörpers innerhalb des mindestens einen Wärmeübertragungselements fixiert.
Insbesondere weisen die erste Strömungseinrichtung und/oder die zweite Strömungseinrichtung jeweils ein Rohrelement auf, welches zumindest abschnittsweise in einem Innenraum des mindestens einen Wärmeübertragungselements verläuft. Das jeweilige Rohrelement lässt sich auf besonders einfache Weise innerhalb des Aufnahmekörpers anordnen und insbesondere einspannen.
Insbesondere ist das jeweilige Rohrelement der ersten Strömungseinrichtung und/oder der zweiten Strömungseinrichtung mittels des Aufnahmekörpers innerhalb des Innenraums des mindestens einen Wärmeübertragungselements fixiert.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass das Rohrelement der ersten Strömungseinrichtung und/oder das Rohrelement der zweiten Strömungseinrichtung die Wandung des mindestens einen Wärmeübertragungselements thermisch und/oder mechanisch kontaktiert. Durch einen thermischen Kontakt wird beispielsweise eine thermische Kopplung zwischen dem jeweiligen Rohrelement der ersten Strömungseinrichtung bzw. der zweiten Strömungseinrichtung und der Wandung des mindestens einen Wärmeübertragungselements hergestellt. Ein mechanischer Kontakt zwischen den jeweiligen Rohrelementen und der Wandung ermöglicht insbesondere eine mechanisch stabile Anordnung des jeweiligen Rohrelements innerhalb des mindestens einen Wärmeübertragungselements.
Das Rohrelement der ersten Strömungseinrichtung und/oder das Rohrelement der zweiten Strömungseinrichtung liegen beispielsweise jeweils direkt an der Wandung des mindestens einen Wärmeübertragungselements an.
Das Rohrelement der ersten Strömungseinrichtung und das Rohrelement der zweiten Strömungseinrichtung sind jeweils beispielsweise innerhalb des Aufnahmekörpers zueinander beabstandet angeordnet. Die jeweiligen Rohrelemente der ersten Strömungseinrichtung und der zweiten Strömungseinrichtung sind beispielsweise über einen Wärmeleitkörper, welcher insbesondere zwischen den jeweiligen Rohrelementen angeordnet ist, räumlich voneinander getrennt. Durch die zueinander beabstandete Anordnung der jeweiligen Rohrelemente können beispielsweise thermomechanische Verspannungen im Betrieb der Wärmespeichervorrichtung reduziert werden, welche insbesondere durch Variieren der Temperaturen der jeweiligen Komponenten erzeugt werden.
Vorteilhaft kann es sein, wenn das mindestens eine Wärmeübertragungselement einen Wärmeleitkörper aufweist, welcher die erste Strömungseinrichtung und/oder die zweite Strömungseinrichtung thermisch und/oder mechanisch kontaktiert. Dadurch wird eine verbesserte thermische Kopplung zwischen der ersten Strömungseinrichtung und/oder der zweiten Strömungseinrichtung einerseits und dem mindestens einen Wärmeübertragungselement andererseits hergestellt.
Aus dem gleichen Grund ist es vorteilhaft, wenn der Wärmeleitkörper eine Wandung des mindestens einen Wärmeübertragungselements thermisch und/oder mechanisch kontaktiert.
Der Wärmeleitkörper ist beispielsweise mit der Wandung bzw. dem Aufnahmekörper des mindestens einen Wärmeübertragungselements einstückig verbunden.
Vorteilhaft kann es sein, wenn eine Wandung des mindestens einen Wärmeübertragungselements aus einer Mehrzahl separater Wandungsteile zusammengesetzt ist. Jeweilige Komponenten der ersten Strömungseinrichtung und/oder der zweiten Strömungseinrichtung können dann beispielsweise zwischen den separaten Wandungsteilen eingespannt werden.
Insbesondere sind unterschiedliche Wandungsteile im Wesentlichen als Gleichteile ausgebildet. Dies ermöglicht eine technisch einfache Herstellung des mindestens einen Wärmeübertragungselements.
Ein Aufnahmekörper des mindestens einen Wärmeübertragungselements ist beispielsweise aus einer Mehrzahl separater Aufnahmekörperteile zusammengesetzt, wobei ein Aufnahmekörperteil jeweils ein Wandungsteil bildet. Voneinander verschiedene Aufnahmekörperteile sind insbesondere im Wesentlichen als Gleichteile ausgebildet.
Es kann vorgesehen sein, dass die Wandungsteile über eine Spanneinrichtung miteinander verbunden sind. Mittels der Spanneinrichtung können unterschiedliche Wandungsteile der Wandung des mindestens einen Wärmeübertragungselements auf einfache Weise verbunden werden.
Die Spanneinrichtung weist dann mindestens ein federelastisches Spannelement auf, wobei zueinander benachbarte Wandungsteile über das mindestens eine federelastische Spannelement miteinander verbunden sind. Das mindestens eine Spannelement kann beispielsweise an Halteelementen benachbarter Wandungsteile angeordnet werden. Dies ermöglicht eine Verbindung voneinander verschiedener Wandungsteile auf technisch besonders einfache Weise.
Die Spanneinrichtung erlaubt ferner eine Kompensation möglicher thermomechanischer Spannungen aufgrund thermischer Ausdehnung oder Kontraktion von Komponenten des mindestens einen Wärmeübertragungselements.
Ferner kann es vorgesehen sein, dass die Wandungsteile jeweils mindestens ein Halteelement aufweisen und dass ein oder mehrere federelastische Spannelemente vorgesehen sind, welche jeweils an einem Paar von Halteelementen anordenbar sind und/oder welche jeweils ein Paar von Halteelementen umgreifen, wobei ein oder mehrere Paare von Halteelementen zwischen benachbarten Wandungsteilen gebildet sind. Mittels des mindestens einen Halteelements können federelastische Spannelemente der Spanneinrichtung besonders einfach an den Wandungsteilen der Wandung des mindestens einen Wärmeübertragungselements positioniert werden.
Das mindestens eine federelastische Spannelement ist beispielsweise als federelastische Klammer ausgebildet. Diese Klammer umfasst beispielsweise zwei Schenkel, welche durch Überwindung einer Federkraft auseinanderbewegbar sind. Die Klammer wird beispielsweise an einem Paar aus gegenüberliegenden Halteelementen derart angeordnet, dass die Schenkel der Klammer die Halteelemente des Paars umgreifen und/oder hintergreifen.
Insbesondere sind jeweilige Rohrelemente der ersten Strömungseinrichtung und/oder der zweiten Strömungseinrichtung zwischen den Wandungsteilen des mindestens einen Wärmeübertragungselements eingespannt. Die jeweiligen Rohrelemente können dadurch besonders einfach in einem von der Wandung umgebenen Innenraum des mindestens einen Wärmeübertragungselements angeordnet werden.
Vorteilhaft ist es, wenn die Wärmeübertragungseinrichtung eine Rippenstruktur aufweist, welche eine Mehrzahl von Rippen umfasst. Durch die Rippenstruktur kann eine besonders effektive thermische Kopplung zwischen der Wärmeübertragungseinrichtung und dem Speichermedium der Speichereinrichtung erzielt werden.
In einem Betriebszustand der Wärmespeichervorrichtung ist die Rippenstruktur in das Speichermedium der Speichereinrichtung eingetaucht. Es wird dadurch eine besonders große Kontaktfläche zwischen dem Speichermedium der Speichereinrichtung und den Rippen der Wärmeübertragungseinrichtung bereitgestellt.
Die Rippenstruktur kontaktiert das Speichermedium der Speichereinrichtung insbesondre stofflich und/oder direkt thermisch. Die Rippenstruktur wird beispielsweise von dem Speichermedium der Speichereinrichtung umströmt.
Günstig ist es, wenn Rippen der Rippenstruktur an einer dem Speichermedium zugewandten Außenseite eines Wärmeübertragungselements der Wärmeübertragungseinrichtung positioniert sind. Die Rippen der Rippenstruktur können dadurch an dem Wärmeübertragungselement der Wärmeübertragungseinrichtung besonders einfach angeordnet werden.
Rippen sind insbesondere mit einer Wandung oder einem Wandungsteil des mindestens einen Wärmeübertragungselements einstückig verbunden. Es wird dadurch eine besonders stabile mechanische Verbindung zwischen den Rippen und dem jeweiligen Wandungsteil hergestellt. Es ergibt sich dadurch ferner ein besonders guter thermischer Kontakt zwischen den Rippen und der Wandung oder des Wandungsteils des mindestens einen Wärmeübertragungselements.
Die Rippen der Rippenstruktur sind insbesondere integral an der Wandung des mindestens einen Wärmeübertagungselements ausgebildet.
Eine Rippe der Rippenstruktur erstreckt sich insbesondere ausgehend von der Wandung des mindestens einen Wärmeübertragungselements in eine einem Innenraum des mindestens einen Wärmeübertragungselements abgewandte Richtung. Eine Rippe umfasst insbesondere Verzweigungen und/oder Verästelungen, mittels welcher ein Strang der Rippe ausgehend von der Wandung in mehrere Unterstränge erweitert wird. Dadurch weist die Rippenstruktur beispielsweise eine baumartige Struktur auf.
Die Rippenstruktur umfasst insbesondere mehrere Rippenstrukturabschnitte, wobei jeder Rippenstrukturabschnitt einem Wandungsteil der Wandung des mindestens einen Wärmeübertragungselements zugeordnet ist.
Das mindestens eine Wärmeübertragungselement ist insbesondere aus mehreren Bauteilen aufgebaut, wobei jedes Bauteil einen Wandungsteil und einen dem Wandungsteil zugeordneten Rippenstrukturabschnitt umfasst.
Jedes Bauteil umfassend einen Wandungsteil und einen Rippenstrukturabschnitt ist beispielsweise durch ein Umformverfahren wie z.B. Strangpressen hergestellt. Auf diese Weise sind der Wandungsteil und der Rippenstrukturabschnitt insbesondere einstückig miteinander verbunden.
Die Rippen der Rippenstruktur sind insbesondere an einer Außenseite eines Aufnahmekörpers des mindestens einen Wärmeübertragungselements positioniert, wobei der Aufnahmekörper durch die Wandung des mindestens einen Wärmeübertragungselements eingeschlossen ist.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Speichern oder Bereitstellen von Wärme mittels einer Wärmespeichervorrichtung gemäß einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen bereitgestellt, umfassend eine Speichereinrichtung und eine Wärmeübertragungseinrichtung, wobei bei dem Verfahren der Speichereinrichtung mittels eines ersten Wärmeübertragungsmediums der Wärmeübertragungseinrichtung Wärme zugeführt wird oder Wärme von dieser abgeführt wird; der Speichereinrichtung mittels eines zweiten Wärmeübertragungsmediums der Wärmeübertragungseinrichtung Wärme zugeführt wird oder Wärme von dieser abgeführt wird; das erste Wärmeübertragungsmedium und das zweite Wärmeübertragungsmedium innerhalb der Wärmeübertragungseinrichtung durch fluidisch getrennte Strömungseinrichtungen strömen.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist vorzugsweise einzelne oder mehrere der im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Wärmespeichervorrichtung beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile auf.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass Wärme von dem ersten Wärmeübertragungsmedium auf das zweite Wärmeübertragungsmedium übertragen wird, oder dass Wärme von dem zweiten Wärmeübertragungsmedium auf das erste Wärmeübertragungsmedium übertragen wird.
Insbesondere wird Wärme mittels des mindestens einen Wärmeübertragungselements der Wärmeübertragungseinrichtung von dem ersten Wärmeübertragungsmedium auf das zweite Wärmeübertragungsmedium (oder umgekehrt) übertragen.
Das Speichermedium der Speichereinrichtung ist oder umfasst beispielsweise ein Phasenwechselmedium. Das Phasenwechselmedium umfasst insbesondere Nitratsalze oder eine Mischung aus unterschiedlichen Nitratsalzen. Es umfasst beispielsweise Natriumnitrat und/oder Kaliumnitrat und/oder Lithiumnitrat. Mittels unterschiedlicher Mischungen der genannten Stoffe lässt sich beispielsweise ein Schmelzpunkt des Phasenwechselmediums variieren.
Alternativ hierzu umfasst das Phasenwechselmedium beispielsweise ein Paraffin.
Rohrelemente der Wärmeübertragungseinrichtung sind insbesondere aus einem warmfesten Stahl hergestellt.
Wandungsteile der Wandung und/oder Rippen der Rippenstruktur und/oder ein Wärmeleitkörper des mindestens einen Wärmeübertragungselements der Wärmeübertragungseinrichtung sind vorzugsweise aus einem leicht zu extrudierenden Material wie beispielsweise Aluminium hergestellt. Auf diese Weise lassen sich die genannten Komponenten insbesondere mittels eines Umformverfahrens, beispielsweise mittels eines Strangpressverfahrens, herstellen.
Alternativ hierzu können Rippen der Rippenstruktur beispielsweise aus einem Graphitmaterial hergestellt sein.
Bei einer Ausführungsform erfolgt die Herstellung von Rippen der Rippenstruktur mittels eines Biegeverfahrens wie beispielsweise Blechbiegen.
Alternativ hierzu lassen sich Rippen der Rippenstruktur mittels Flechten und/oder Weben von Drähten herstellen. Die Rippen sind auf diese Weise beispielsweise aus einem Drahtgeflecht hergestellt.
Das erste Wärmeübertragungsmedium und/oder das zweite Wärmeübertragungsmedium sind beispielsweise kaltes und/oder heißes Wasser bzw. Wasserdampf.
Die eingangs beschriebene Wärmespeichervorrichtung umfasst vorzugsweise ein Mehrfachregister, welches mindestens zwei Eingänge und zwei Ausgänge aufweist, um die Be- und Entladekreisläufe voneinander zu trennen.
Die Wärmespeichervorrichtung umfasst beispielsweise einen Latentwärmespeicher, in welchen zwei Rohrregister integriert sind.
Beispielsweise umfasst die Wärmespeichervorrichtung ein Doppelrohrregister, bei welchem die Beladungsrohre von den Entladungsrohren getrennt sind.
Die Wärmespeichervorrichtung kann insbesondere als thermischer Wärmespeicher und/oder Wärmepuffer für industrielle Anwendungen, beispielsweise zur effizienten Nutzung von Abwärme, eingesetzt werden. Sie eignet sich beispielsweise zum Einsatz in Zusammenhang mit Prozessen mit zeitlich variierender Wärmeabgabe und/oder Wärmeaufnahme. Die Wärmespeichervorrichtung kann beispielsweise als Energiespeicher in Heizkraftwerken verwendet werden.
Weitere bevorzugte Merkmale und/oder Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen.
In den Zeichnungen zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Wärmespeichervorrichtung, welche eine Mehrzahl von Speicherelementen umfasst;
2 einen schematischen Querschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels eines Wärmeübertragungselements der Wärmespeichervorrichtung, bei welchem eine Wandung des Wärmeübertragungselements aus einer Mehrzahl von Wandungsteilen zusammengesetzt ist, wobei die Wandungsteile zumindest näherungsweise eine C-Form aufweisen;
3 einen schematischen Querschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Wärmeübertragungselements, bei welchem kein Wärmeleitkörper vorgesehen ist;
4 einen schematischen Querschnitt eines dritten Ausführungsbeispiels eines Wärmeübertragungselements, bei welchem die Wandungsteile spiegelsymmetrisch zu einer Mittelebene des Wärmeübertragungselements liegen;
5 einen schematischen Querschnitt eines vierten Ausführungsbeispiels eines Wärmeübertragungselements, bei welchem die Wandungsteile zumindest näherungsweise eine 3-Form aufweisen; und
6 einen schematischen Querschnitt eines fünften Ausführungsbeispiels eines Wärmeübertragungselements, bei welchem die Wandungsteile zumindest näherungsweise eine S-Form aufweisen.

Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in sämtlichen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
Ein Ausführungsbeispiel einer Wärmespeichervorrichtung, welche in 1 schematisch gezeigt und dort mit 100 bezeichnet ist, umfasst eine Speichereinrichtung 102. Die Speichereinrichtung 102 weist beispielsweise eine Mehrzahl von Speicherelementen 104 auf, welche insbesondere räumlich voneinander getrennt sind.
Die Speichereinrichtung 102 umfasst ein Speichermedium 106 zum Speichern von Wärme. Dieses Speichermedium 106 ist beispielsweise innerhalb der Speicherelemente 104 angeordnet. Das Speichermedium 106 ist oder umfasst beispielsweise ein Phasenwechselmedium.
Das Speichermedium 106 dient zum Speichern von Wärme innerhalb der Speichereinrichtung 102 der Wärmespeichervorrichtung 100. Um der Speichereinrichtung 102 Wärme zuzuführen oder Wärme aus der Speichereinrichtung 102 zu entnehmen, ist eine Wärmeübertragungseinrichtung 108 vorgesehen.
Die Wärmeübertragungseinrichtung 108 weist eine erste Strömungseinrichtung 110 und eine zweite Strömungseinrichtung 112 auf. Durch die erste Strömungseinrichtung 110 ist ein erstes Wärmeübertragungsmedium 114 strömbar und durch die zweite Strömungseinrichtung 112 ist ein zweites Wärmeübertragungsmedium 116 strömbar.
Die erste Strömungseinrichtung 110 und die zweite Strömungseinrichtung 112 sind fluidisch voneinander getrennt. Die erste Strömungseinrichtung 110 und die zweite Strömungseinrichtung 112 weisen insbesondere vollständig voneinander getrennte Strömungswege auf.
Die Wärmeübertragungseinrichtung 108 umfasst bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine Mehrzahl von Wärmeübertragungselementen 118. Mittels der Wärmeübertragungselemente 118 sind die erste Strömungseinrichtung 110 und die zweite Strömungseinrichtung 112 thermisch mit der Speichereinrichtung 102 verbunden. Ein jeweiliges Wärmeübertragungselement 118 stellt beispielsweise einen thermischen Kontakt zwischen dem Speichermedium 106 eines jeweiligen Speicherelements 104 einerseits und der ersten Strömungseinrichtung 110 und der zweiten Strömungseinrichtung 112 andererseits her.
Bei der in 1 gezeigten schematischen Darstellung ist beispielsweise jeweils ein Wärmeübertragungselement 118 einem Speicherelement 104 zugeordnet. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Wärmespeichervorrichtung 100 sind jeweils mehrere weitere Wärmeübertragungselemente 118 einem Speicherelement 104 zugeordnet. Dies ist in 1 durch das gestrichelt dargestellte Wärmeübertragungselement 118 angedeutet. Insbesondere sind jeweils mehrere Abschnitte der ersten Strömungseinrichtung 110 und der zweiten Strömungseinrichtung 112 einem Speicherelement 104 zugeordnet.
Jedem Wärmeübertragungselement 118 sind bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel jeweils ein Abschnitt der ersten Strömungseinrichtung 110 und der zweiten Strömungseinrichtung 112 zugeordnet. Auf diese Weise sind mittels des Wärmeübertragungselements 118 das erste Wärmeübertragungsmedium 114 und das zweite Wärmeübertragungsmedium 116 einerseits sowie das Speichermedium 106 des jeweiligen Speicherelements 104 andererseits thermisch miteinander verbunden. Das erste Wärmeübertragungsmedium 114, das zweite Wärmeübertragungsmedium 116 und das Speichermedium 106 stehen dann über das jeweilige Wärmeübertragungselement 118 in thermischem Kontakt.
Alternativ hierzu ist es grundsätzlich auch möglich, dass ein thermischer Kontakt zwischen der ersten Strömungseinrichtung 110 und dem Speichermedium 106 sowie der zweiten Strömungseinrichtung 112 und dem Speichermedium 106 jeweils über separate Wärmeübertragungselemente 118 hergestellt ist. In diesem Fall stellt das Wärmeübertragungselement 118 keinen thermischen Kontakt zwischen der ersten Strömungseinrichtung 110 und der zweiten Strömungseinrichtung 112 her.
Die erste Strömungseinrichtung 110 und/oder die zweite Strömungseinrichtung 112 sind beispielsweise jeweils als Fluidkreislauf ausgebildet. Die jeweiligen Fluidkreisläufe der ersten Strömungseinrichtung 110 bzw. der zweiten Strömungseinrichtung 112 sind insbesondere jeweils vollständig voneinander getrennt. Beispielsweise verlaufen mehrere Abschnitte der jeweiligen Fluidkreisläufe der ersten Strömungseinrichtung 110 bzw. der zweiten Strömungseinrichtung 112 durch die Wärmeübertragungselemente 118.
In 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines Wärmeübertragungselements 118 gezeigt. Das Wärmeübertragungselement 118 weist einen Aufnahmekörper 122 auf, welcher eine einen Innenraum 124 umgebende Wandung 120 des Wärmeübertragungselements 118 bildet.
Die erste Strömungseinrichtung 110 und die zweite Strömungseinrichtung 112 verlaufen durch den Innenraum 124 des Wärmeübertragungselements 118. Der Innenraum 124 wird größtenteils insbesondere von der ersten Strömungseinrichtung 110 und der zweiten Strömungseinrichtung 112 ausgefüllt. Die erste Strömungseinrichtung 110 und die zweite Strömungseinrichtung 112 sind beispielsweise mittels des Aufnahmekörpers 122 innerhalb des Innenraums 124 des Wärmeübertragungselements 118 fixiert.
Die erste Strömungseinrichtung 110 weist beispielsweise ein Rohrelement 126 auf, welches in dem Innenraum 124 positioniert ist. Dieses Rohrelement 126 umgibt und/oder begrenzt fluiddicht einen von dem ersten Wärmeübertragungsmedium 114 durchströmbaren Strömungsbereich 128.
Die zweite Strömungseinrichtung 112 umfasst entsprechend ein Rohrelement 130, welches ebenfalls einen Strömungsbereich 132 fluiddicht begrenzt. Dieser Strömungsbereich 132 ist von dem zweiten Wärmeübertragungsmedium 116 durchströmbar.
Das Rohrelement 130 der zweiten Strömungseinrichtung 112 ist benachbart zu dem Rohrelement 126 der ersten Strömungseinrichtung 110 in dem Innenraum 124 des Wärmeübertragungselements 118 angeordnet.
Die Rohrelemente 126, 130 weisen beispielsweise einen kreisringförmigen Querschnitt auf. Sie sind beispielsweise hohlzylinderförmig ausgebildet.
Das Wärmeübertragungselement 118 umfasst insbesondere einen Wärmeleitkörper 134, welcher beispielsweise zwischen den Rohrelementen 126, 130 der ersten Strömungseinrichtung 110 bzw. der zweiten Strömungseinrichtung 112 positioniert ist.
Die Wandung 120 ist beispielsweise einstückig mit dem Wärmeleitkörper 134 verbunden. Der Wärmeleitkörper 134 ist insbesondere integraler Bestandteil der durch den Aufnahmekörper 122 gebildeten Wandung 120 des Wärmeübertragungselements 118.
Die Wandung 120 mit dem Wärmeleitkörper 134 sowie die Rohrelemente 126, 130 sind jeweils insbesondere aus einem Material mit hoher und vorzugsweise metallischer Wärmeleitfähigkeit hergestellt.
Der Aufnahmekörper 122 ist insbesondere zusammen mit dem Wärmeleitkörper 134 und/oder aufgrund des Wärmeleitkörpers 134 komplementär zu den Rohrelementen 126, 130 ausgebildet. Komplementär ausgebildet bedeutet, dass der Aufnahmekörper 122 eine zu den jeweiligen Rohrelementen 26, 130 korrespondierende Querschnittsform aufweist. Die Rohrelemente 126, 130 sind dadurch beispielsweise in dem Innenraum 124 des Wärmeübertragungselements 118 durch vollumfänglichen Formschluss mit dem Aufnahmekörper 122 und/oder großflächige Anlage an dem Aufnahmekörper 122 fixiert.
Die Rohrelemente 126, 130 liegen beispielsweise direkt an der Wandung 120 und/oder dem Wärmeleitkörper 134 an. Es wird dadurch ein direkter thermischer und mechanischer Kontakt zwischen den Rohrelementen 126, 130 und der Wandung 120 bzw. dem Wärmeleitkörper 134 des Wärmeübertragungselements 118 hergestellt.
Das Speichermedium 106 der Speichereinrichtung 102 umgibt das Wärmeübertragungselement 118. Zur Herstellung eines verbesserten thermischen Kontakts zwischen dem Wärmeübertragungselement 118 und dem Speichermedium 106 ist vorzugsweise eine Rippenstruktur 136 vorgesehen, welche eine Mehrzahl von Rippen 138 aufweist.
Die Rippen 138 der Rippenstruktur 136 sind an einer dem Speichermedium 106 zugewandten Außenseite 140 des Wärmeübertragungselements 118 ausgebildet und/oder positioniert.
Insbesondere sind die Rippen 138 einstückig mit der Wandung 120 des Wärmeübertragungselements 118 verbunden. Die Rippen 138 sind beispielsweise integral an der Wandung 120 ausgebildet.
Die Rippen 138 der Rippenstruktur 136 sind in das Speichermedium 106 der Speichereinrichtung 102 eingetaucht. Das Speichermedium 106 kontaktiert die Rippen 138 insbesondere stofflich und/oder direkt thermisch. Die Rippen 138 werden beispielsweise von dem Speichermedium 106 umströmt.
Die Wandung 120 des Wärmeübertragungselements 118 ist insbesondere aus einer Mehrzahl separater Wandungsteile 142 zusammengesetzt. Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Wandung 120 beispielsweise durch zwei unterschiedliche Wandungsteile 142a, 142b gebildet.
Unterschiedliche Wandungsteile 142 der Wandung 120 sind insbesondere im Wesentlichen als Gleichteile ausgebildet. Die Wandung 120 lässt sich dadurch auf technisch besonders einfache Weise aus den unterschiedlichen Wandungsteilen 142 herstellen.
Unterschiedliche Wandungsteile 142 der Wandung 120 sind über eine Spanneinrichtung 144 miteinander verbunden. Die Spanneinrichtung 144 umfasst insbesondere eine Mehrzahl von federelastischen Spannelementen 146, mittels welcher zueinander benachbarte Wandungsteile 142 miteinander verbunden sind.
Zueinander benachbarte Wandungsteile 142 stehen aufgrund der Spanneinrichtung 144 beispielsweise in direktem mechanischem Kontakt.
Die Wandungsteile 142 weisen jeweils Halteelemente 148 auf, an welchen die Spannelemente 146 angreifen. Die Halteelemente 148 sind an benachbarten Wandungsteilen 142 beispielsweise zueinander gegenüberliegend angeordnet. Ein Spannelement 146 umgreift insbesondere zwei einander gegenüberliegend angeordnete Halteelemente 148.
Das Halteelement 148 umfasst beispielsweise eine Erhebung, welche an der Außenseite 140 der Wandung 120 ausgebildet ist.
Das Spannelement 146 kann beispielsweise an dem Halteelement 148 angreifen und/oder an diesem einrasten.
Die den Innenraum 124 umgebende Wandung 120 ist beispielsweise längs einer Trennebene 150 in zwei gegenüberliegende Wandungsteile 142a, 142b geteilt.
An den gegenüberliegenden Wandungsteilen 142a, 142b sind insbesondere Halteelemente 148 paarweise ausgebildet, wobei ein Paar von Halteelementen 148 jeweils zwei Halteelemente 148 umfasst. Die jeweiligen Halteelemente 148 eines Paars sind dabei gegenüberliegend angeordnet, wobei ein Halteelement 148 des Paars an dem Wandungsteil 142a positioniert ist und ein weiteres Halteelement 148 des Paars an dem Wandungsteil 142b positioniert ist. Die beiden Halteelemente 148 eines Paars sind beispielsweise zumindest näherungsweise spiegelsymmetrisch zu der Trennebene 150 positioniert und/oder ausgebildet.
Ein Spannelement 146 umgreift insbesondere jeweils ein Paar von Halteelementen 148. Mittels des Spannelements 146 werden dadurch die Halteelemente 148 des entsprechenden Paars zusammengedrückt. Zueinander benachbarte Wandungsteile 142 können auf diese Weise mittels einem oder mehreren Spannelementen 146 durch eine Zugkraft und/oder Druckkraft miteinander verbunden werden.
Die Rohrelemente 126, 130 sind beispielsweise mittels der Spanneinrichtung 144 zwischen unterschiedlichen Wandungsteilen 142 eingespannt.
Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel liegt die Trennebene 150 quer zu einer Mittelebene 152. Die Trennebene 150 ist beispielsweise senkrecht zu der Mittelebene 152 orientiert.
Das Rohrelement 126 weist eine Längsmittelachse 154 auf und das Rohrelement 130 weist eine Längsmittelachse 156 auf. Die Längsmittelachsen 154, 156 sind jeweils Symmetrieachsen des Rohrelements 126 bzw. 130.
Die Längsmittelachse 154 und die Längsmittelachse 156 des jeweiligen Rohrelements 126, 130 liegen in der Mittelebene 152.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 sind zwei Spannelemente 146a, 146b vorgesehen, mittels welchen die Wandungsteile 142a, 142b miteinander verbunden sind. Die Spannelemente 146a, 146b sind dabei zumindest näherungsweise spiegelsymmetrisch zu der Mittelebene 152 angeordnet.
Es ist grundsätzlich möglich, dass jeweils mehrere Spannelemente 146 in einer zu den Längsmittelachsen 154, 156 parallelen Richtung an entsprechenden Paaren von Halteelementen 148 nacheinander angeordnet sind.
Ein Radius R₁ des Rohrelements 126 ist beispielsweise kleiner gewählt als ein Radius R₂ des Rohrelements 130. Der Radius R₁ entspricht dabei einem kürzesten Abstand zwischen der Längsachse 154 und einer Wandung 158 des Rohrelements 126. Der Radius R₂ ist entsprechend ein kürzester Abstand zwischen der Längsachse 156 und einer Wandung 160 des Rohrelements 130.
Die Wandung 158 des Rohrelements 126 weist eine Wandungsdicke D₁ auf und die Wandung 160 des Rohrelements 130 weist eine Wandungsdicke D₂ auf. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel entspricht die Wandungsdicke D₁ der Wandungsdicke D₂. Es ist grundsätzlich auch möglich, dass die Wandungen 158, 160 jeweils voneinander verschiedene Wandungsdicken D₁ und D₂ aufweisen.
Eine in 3 dargestellte zweite Ausführungsform eines Wärmeübertragungselelements 118 unterscheidet sich von der in 2 dargestellten ersten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass in dem Innenraum 124 zwischen den Rohrelementen 126, 130 kein Wärmeleitkörper 134 vorgesehen ist.
Die Rohrelemente 126, 130 füllen in diesem Fall den Innenraum 124 nur teilweise aus. Der verbleibende Teil des Innenraums 124 ist dann mit Speichermedium 106 gefüllt, welches insbesondere die Rohrelemente 126, 130 thermisch und/oder mechanisch kontaktiert.
Im Übrigen stimmt die in 3 dargestellte zweite Ausführungsform hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in 2 dargestellten ersten Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in 4 dargestellte dritte Ausführungsform eines Wärmeübertragungselements 118 unterscheidet sich von der in 2 dargestellten ersten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass die Trennebene 150, zu welcher die Wandungsteile 142a, 142b zumindest näherungsweise spiegelsymmetrisch angeordnet sind, identisch zu der Mittelebene 152 ist.
Die Halteelemente 148 sind dann zumindest näherungsweise entlang der Mittelebene 152 positioniert. Ein Paar von Halteelementen 148 ist beispielsweise zumindest näherungsweise spiegelsymmetrisch zu der Mittelebene 152 ausgebildet.
Im Übrigen stimmt die in 4 dargestellte dritte Ausführungsform hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in 2 dargestellten ersten Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in 5 dargestellte vierte Ausführungsform eines Wärmeübertragungselements 118 ist grundsätzlich gleichartig ausgebildet wie die in 4 dargestellte dritte Ausführungsform des Wärmeübertragungselements 118. Die in 5 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der in 4 dargestellten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass kein Wärmeleitkörper 134 vorgesehen ist. Stattdessen weisen die Wandungen 120 der unterschiedlichen Wandungsteile 142a, 142b in einem Zwischenbereich der Rohrelemente 126 und 130 eine zu den Rohrelementen 126, 130 komplementär ausgebildete Form auf.
Die Wandungsteile 142 weisen bei dieser vierten Ausführungsform zumindest näherungsweise eine 3-Form auf, während die Wandungsteile 142 bei der vorstehend beschriebenen ersten, zweiten und dritten Ausführungsform des Wärmeübertragungselements 118 zumindest näherungsweise eine C-Form aufweisen.
Der Innenraum 124 wird dadurch zumindest näherungsweise vollständig von den Rohrelementen 126 und 130 ausgefüllt. Die Rohrelemente 126 und 130 werden insbesondere jeweils von den Wandungsteilen 142a, 142b der Wandung 120 nahezu vollständig umschlossen.
Im Übrigen stimmt die in 5 dargestellte vierte Ausführungsform des Wärmeübertragungselements 114 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in 4 dargestellten dritten Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in 6 dargestellte fünfte Ausführungsform eines Wärmeübertragungselements 118 unterscheidet sich von der in 2 dargestellten ersten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass die Wandung 120 nur ein einziges Wandungsteil 142 umfasst. Dieses Wandungsteil 142 weist beispielsweise zumindest näherungsweise eine S-Form auf.
Das Wandungsteil 142 umgibt zwei voneinander getrennte Innenräume 124a und 124b. In dem Innenraum 124a ist das Rohrelement 126 angeordnet und in dem Innenraum 124b ist das Rohrelement 130 angeordnet.
Das Wandungsteil 142 weist eine zu den Rohrelementen 126, 130 komplementär ausgebildete Form auf. Die Rohrelemente 126, 130 werden insbesondere jeweils von dem Wandungsteil 142 nahezu vollständig umschlossen.
Das Wärmeübertragungselement 118 umfasst Paare von Halteelementen 148, wobei ein Halteelement 148 des Paars beispielsweise an einem Endbereich 162 der S-Form des Wandungsteils 142 positioniert ist und ein zu diesem Halteelement gegenüberliegendes Halteelement 148 des Paars an einem Zwischenbereich oder Zentralbereich 164 der S-Form positioniert ist. Auf diese Weise lassen sich die Rohrelemente 126, 130 in den jeweiligen Innenräumen 124a, 124b mittels der Halteelemente 148 (und der vorstehend beschriebenen Spannelemente 146) einspannen.
Die vorstehend beschriebene Wärmespeichereinrichtung 100 funktioniert wie folgt:

Zum Speichern von Wärme in der Wärmespeichervorrichtung 100 wird die erste Strömungseinrichtung 110 von dem ersten Wärmeübertragungsmedium 114 durchströmt. Dieses erste Wärmeübertragungsmedium 114 ist beispielsweise ein Heißmediumstrom.

Der Heißmediumstrom gibt mittels der Wärmeübertragungselemente 118 der Wärmeübertragungseinrichtung 108 Wärme an das Speichermedium 106 der Speichereinrichtung 102 ab. Das Speichermedium 106 nimmt dadurch Wärme aus dem Heißmediumstrom auf. In Folge dessen wird der Heißmediumstrom abgekühlt und das Speichermedium 106 entsprechend erwärmt. Auf diese Weise wird Wärme innerhalb des Speichermediums 106 der Wärmespeichervorrichtung 100 gespeichert.
Um gespeicherte Wärme aus der Wärmespeichervorrichtung 100 zu entnehmen, wird beispielsweise die zweite Strömungseinrichtung 112 von dem zweiten Wärmeübertragungsmedium 116 durchströmt. Das zweite Wärmeübertragungsmedium 116 ist beispielsweise ein Kaltmediumstrom.
Das (warme) Speichermedium 106 gibt über die Wärmeübertragungselemente 118 der Wärmeübertragungseinrichtung 108 Wärme an den durch die zweite Strömungseinrichtung 112 geführten Kaltmediumstrom ab. Der Kaltmediumstrom wird dadurch erwärmt und das Speichermedium 106 der Speichervorrichtung 100 entsprechend gekühlt. Es lässt sich auf diese Weise innerhalb des Speichermediums 106 gespeicherte Wärme aus der Speichereinrichtung 102 abführen.
Dadurch, dass die erste Strömungseinrichtung 110 und die zweite Strömungseinrichtung 112 über das Wärmeübertragungselement 118 vorzugsweise in thermischem Kontakt stehen, lässt sich mittels des Wärmeübertragungselements 118 Wärme von dem ersten Wärmeübertragungsmedium 114 auf das zweite Wärmeübertragungsmedium 116 (oder umgekehrt) übertragen. Es lässt sich beispielsweise ein durch die zweite Strömungseinrichtung 112 geführter Kaltmediumstrom durch einen durch die erste Strömungseinrichtung 110 geführten Warmmediumstrom erwärmen.
Die erste Strömungseinrichtung 110 und die zweite Strömungseinrichtung 112 lassen sich beispielsweise zeitgleich mit unterschiedlichen Wärmeübertragungsmedien durchströmen. Dies ermöglicht eine zeitgleiche Be- bzw. Entladung der Speichereinrichtung 102 der Wärmespeichervorrichtung 100.
Bezugszeichenliste

100: Wärmespeichervorrichtung
102: Speichereinrichtung
104: Speicherelement
106: Speichermedium
108: Wärmeübertragungseinrichtung
110: erste Strömungseinrichtung
112: zweite Strömungseinrichtung
114: erstes Wärmeübertragungsmedium
116: zweites Wärmeübertragungsmedium
118: Wärmeübertragungselement
120: Wandung
122: Aufnahmekörper
124: Innenraum
126: Rohrelement
128: Strömungsbereich
130: Rohrelement
132: Strömungsbereich
134: Wärmeleitkörper
136: Rippenstruktur
138: Rippe
140: Außenseite
142: Wandungsteil
144: Spanneinrichtung
146: Spannelement
148: Halteelement
150: Trennebene
152: Mittelebene
154: Längsachse
156: Längsachse
158: Wandung
160: Wandung
162: Endbereich
164: Zentralbereich
D1: Wandungsdicke
D2: Wandungsdicke
R1: Radius
R2: Radius

Claims

Wärmespeichervorrichtung (100), umfassend eine Speichereinrichtung (102), welche ein Speichermedium (106) zum Speichern von Wärme aufweist, und eine Wärmeübertragungseinrichtung (108), durch welche der Speichereinrichtung (102) Wärme zuführbar oder Wärme von dieser abführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragungseinrichtung (108) eine erste Strömungseinrichtung (110) und eine zweite Strömungseinrichtung (112) aufweist, dass die erste Strömungseinrichtung (110) und die zweite Strömungseinrichtung (112) jeweils in thermischem Kontakt mit der Speichereinrichtung (102) und/oder miteinander stehen, dass durch die erste Strömungseinrichtung (110) ein erstes Wärmeübertragungsmedium (114) und durch die zweite Strömungseinrichtung (112) ein zweites Wärmeübertragungsmedium (116) strömbar ist und dass die erste Strömungseinrichtung (110) von der zweiten Strömungseinrichtung (112) fluidisch getrennt ist, dass die Wärmeübertragungseinrichtung (108) mindestens ein Wärmeübertragungselement (118) aufweist, mittels welchem die erste Strömungseinrichtung (110) und die zweite Strömungseinrichtung (112) einerseits und das Speichermedium (106) der Speichereinrichtung (102) andererseits thermisch miteinander verbunden sind, dass das mindestens eine Wärmeübertragungselement (118) einen Aufnahmekörper (122) aufweist, welcher eine einen Innenraum (124) umgebende Wandung (120) des mindestens einen Wärmeübertragungselements (118) bildet, und dass die erste Strömungseinrichtung (110) und die zweite Strömungseinrichtung (112) durch den Innenraum (124) des mindestens einen Wärmeübertragungselements (118) verlaufen.
Wärmespeichervorrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Strömungseinrichtung (110) und/oder die zweite Strömungseinrichtung (112) jeweils als Fluidkreislauf ausgebildet sind oder jeweils einen Fluidkreislauf umfassen.
Wärmespeichervorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Strömungseinrichtung (110) und/oder die zweite Strömungseinrichtung (112) jeweils ein Rohrelement (126, 130) aufweisen, welches zumindest abschnittsweise in einem Innenraum (124) des mindestens einen Wärmeübertragungselements (118) verläuft, und insbesondere dass das jeweilige Rohrelement (126, 130) der ersten Strömungseinrichtung (110) und/oder der zweiten Strömungseinrichtung (112) mittels des Aufnahmekörpers (122) innerhalb des Innenraums (124) des mindestens einen Wärmeübertragungselements (118) fixiert ist.
Wärmespeichervorrichtung (100) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrelement (126, 130) der ersten Strömungseinrichtung (110) und/oder das Rohrelement (126, 130) der zweiten Strömungseinrichtung (112) die Wandung (120) des mindestens einen Wärmeübertragungselements (118) thermisch und/oder mechanisch kontaktiert.
Wärmespeichervorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Wärmeübertragungselement (118) einen Wärmeleitkörper (134) aufweist, welcher die erste Strömungseinrichtung (110) und/oder die zweite Strömungseinrichtung (112) thermisch und/oder mechanisch kontaktiert, und insbesondere dass der Wärmeleitkörper (134) eine Wandung (120) des mindestens einen Wärmeübertragungselements (118) thermisch und/oder mechanisch kontaktiert.
Wärmespeichervorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wandung (120) des mindestens einen Wärmeübertragungselements (118) aus einer Mehrzahl separater Wandungsteile (142) zusammengesetzt ist und insbesondere dass unterschiedliche Wandungsteile (142) im Wesentlichen als Gleichteile ausgebildet sind.
Wärmespeichervorrichtung (100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandungsteile (142) über eine Spanneinrichtung (144) miteinander verbunden sind, dass die Spanneinrichtung (144) mindestens ein federelastisches Spannelement (146) aufweist und dass zueinander benachbarte Wandungsteile (142) über das mindestens eine federelastische Spannelement (146) miteinander verbunden sind.
Wärmespeichervorrichtung (100) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandungsteile (142) jeweils mindestens ein Halteelement (148) aufweisen und dass ein oder mehrere federelastische Spannelemente (146) vorgesehen sind, welche jeweils an einem Paar von Halteelementen (148) anordenbar sind und/oder welche jeweils ein Paar von Halteelementen (148) umgreifen, wobei ein oder mehrere Paare von Halteelementen (148) zwischen benachbarten Wandungsteilen (142) gebildet sind.
Wärmespeichervorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass jeweilige Rohrelemente (126, 130) der ersten Strömungseinrichtung (110) und/oder der zweiten Strömungseinrichtung (112) zwischen den Wandungsteilen (142) des mindestens einen Wärmeübertragungselements (118) eingespannt sind.
Wärmespeichervorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragungseinrichtung (108) eine Rippenstruktur (136) aufweist, welche eine Mehrzahl von Rippen (138) umfasst, und dass die Rippenstruktur (136) in das Speichermedium (106) der Speichereinrichtung (102) eingetaucht ist.
Wärmespeichervorrichtung (100) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass Rippen (138) der Rippenstruktur (136) an einer dem Speichermedium (106) zugewandten Außenseite (140) eines Wärmeübertragungselements (118) der Wärmeübertragungseinrichtung (108) positioniert sind und insbesondere dass Rippen (138) mit einer Wandung (120) oder einem Wandungsteil (142) des mindestens einen Wärmeübertragungselements (118) einstückig verbunden sind.
Verfahren zum Speichern oder Bereitstellen von Wärme mittels einer Wärmespeichervorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, umfassend eine Speichereinrichtung (102) und eine Wärmeübertragungseinrichtung (108), wobei bei dem Verfahren - der Speichereinrichtung (102) mittels eines ersten Wärmeübertragungsmediums (114) der Wärmeübertragungseinrichtung (108) Wärme zugeführt wird oder Wärme von dieser abgeführt wird; - der Speichereinrichtung (102) mittels eines zweiten Wärmeübertragungsmediums (116) der Wärmeübertragungseinrichtung (108) Wärme zugeführt wird oder Wärme von dieser abgeführt wird; - das erste Wärmeübertragungsmedium (114) und das zweite Wärmeübertragungsmedium (116) innerhalb der Wärmeübertragungseinrichtung (108) durch fluidisch getrennte Strömungseinrichtungen (110, 112) strömen; - Wärme von dem ersten Wärmeübertragungsmedium (114) auf das zweite Wärmeübertragungsmedium (116) übertragen wird oder Wärme von dem zweiten Wärmeübertragungsmedium (116) auf das erste Wärmeübertragungsmedium (114) übertragen wird.