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Die Erfindung betrifft einen thermischen Speicher sowie ein Verfahren zum Bereitstellen eines thermischen Speichers.
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Thermische Speicher, oder auch thermische Energiespeicher, Wärme- und/oder Kältespeicher der in Rede stehenden Art dienen zur Speicherung großer Wärmemengen. Dabei wird typischerweise ein thermisches Speichermaterial verwendet, welches mit einem Fluid durchströmt wird. Bei dem Fluid kann es sich beispielsweise um ein Gas handeln. Abhängig von der Temperatur des Fluids und der Temperatur des thermischen Speichermaterials kann so Wärme von dem Fluid auf das Speichermaterial oder Wärme von dem Speichermaterial auf das Fluid übertragen werden. Derartige thermische Speicher eignen sich daher umgangssprachlich zum Speichern von Wärme und/oder Kälte.
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Derartige thermische Speicher werden bisher überwiegend „im Ganzen“ konstruiert, geplant und gebaut. Dabei sind typischerweise individuelle Gegebenheiten hinsichtlich der Auslegung zu berücksichtigen. Dies führt zu einem vergleichsweise langwierigen und kostenintensiven Prozess, bis ein solcher thermischer Speicher zur Verfügung gestellt ist.
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Aus der
WO 2017/046275 A1 ist ein modularer thermischer Speicher bekannt, der aus einer Mehrzahl einzelner Module zusammengesetzt ist. Ein derartiger thermischer Speicher ist skalierbar und kann so zumindest in einem begrenzten Maße an individuelle Anforderungen angepasst werden. Insbesondere ist der thermische Speicher in Grenzen skalierbar. Dies wird dadurch erreicht, dass an den für das Fluid undurchlässigen Flächenseiten Anschlüsse für das Ein- bzw. Ausströmen des Fluid vorgesehen sind. Mittels dieser Anschlüsse können die einzelnen Module miteinander verbunden werden.
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Doch auch derartige thermische Speicher weisen Nachteile auf. So ist die Kombinierbarkeit der einzelnen Module und damit die Skalierbarkeit durch die Positionierung der Anschlüsse an den Modulen auf vergleichsweise begrenzte Kombinationsmöglichkeiten der räumlichen Anordnung der Module aneinander eingeschränkt. Des Weiteren ergibt sich innerhalb der Module eine Durchströmung, die im Wesentlichen „von Anschluss zu Anschluss“ stattfindet. Es entstehen in den einzelnen Modulen vergleichsweise schlecht durchströmte Bereiche (Totvolumina). Dies mindert die in der Praxis nutzbare Kapazität und Effizienz derartiger thermischer Speicher. Auch sind die Möglichkeiten der „Verschaltung“ der Module, wenn diese in einer kompakten aneinander anliegenden Bauweise kombiniert werden sollen, begrenzt, da durch die Position der Anschlüsse die Verschaltung der Module vergleichsweise streng vorgegeben ist. Die Möglichkeit, derartige Module beispielsweise wahlweise parallel oder in Reihe zu verschalten ist daher begrenzt. Weiterhin muss jedes Modul für sich in alle Richtungen für das Fluid undurchlässige und wärmeisolierte Trennwände aufweisen. Werden die Module aneinander angrenzend angeordnet, was im Hinblick auf möglichst wenige zur Umgebung weisende Flächen, über die Wärmeverluste auftreten können, vorteilhaft und mit dem geringsten Raumbedarf verbunden ist, so trennen die meisten der isolierten Wände lediglich Bereiche des thermischen Speichers voneinander. Daher wird vergleichsweise viel Isolationsmaterial an Stellen verwendet, wo dies nicht notwendig wäre, da es sich schließlich um keine zur Umgebung weisende und damit im Hinblick auf Wärmeverluste relevante Fläche handelt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen modularen thermischen Speicher sowie ein Verfahren zum Bereitstellen eines modularen thermischen Speichers aufzuzeigen, bei dem die vorstehend genannten Nachteile nicht oder zumindest im vermindertem Umfang auftreten und der darüber hinaus möglichst kostengünstig und flexibel an individuelle Anforderungen anpassbar und skalierbar sein soll.
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Die Aufgabe wird gelöst durch einen thermischen Speicher sowie ein Verfahren zum Bereitstellen eines thermischen Speichers mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Die Merkmale der abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Ausführungsformen.
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Der dargestellte und beschriebene thermische Speicher weist ein Grundgerüst auf, wobei das Grundgerüst die Gestalt eines dreidimensionalen Gitters aufweist. Unter der Gestalt eines dreidimensionalen Gitters ist in diesem Zusammenhang insbesondere die Gestalt eines Gitters im Sinne der Geometrie zu verstehen. Ein Gitter in der Geometrie ist eine lückenlose und überlappungsfreie Partition eines Raumes durch eine Menge von Zellen (die auch als Gitterzellen bezeichnet werden, in der vorliegenden Anmeldung wird zur sprachlichen Vereinfachung der Begriff „Zellen“ verwendet). Die Zellen des Gitters werden definiert durch eine Menge von Gitterpunkten, die untereinander durch eine Menge von Gitterlinien verbunden sind. Die Gitterlinien umgeben hierbei Begrenzungsflächen zwischen benachbarten Zellen.
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Mit anderen Worten werden durch das Grundgerüst Begrenzungsflächen zwischen benachbarten Zellen definiert, die von den Teilen des Grundgerüsts, die den Gitterlinien entsprechen, umgeben sind.
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Bei dem dargestellten und beschriebenen thermischen Speicher ist wenigstens eine, vorzugsweise eine Mehrzahl, der Begrenzungsflächen zwischen benachbarten Zellen für ein Fluid durchlässig. Die für das Fluid durchlässigen Begrenzungsflächen zwischen benachbarten Zellen bilden so einen Strömungsweg von Zelle zu Zelle.
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Der thermische Speicher kann eine Mehrzahl Strukturelemente aufweisen, die im Grundgerüst des thermischen Speichers stützen und/oder Träger bilden, die im Bereich der Gitterlinien des Gitters angeordnet und im Bereich der Gitterpunkte des Gitters miteinander verbunden sind.
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Bei dem Gitter kann es sich insbesondere um ein strukturiertes Gitter handeln. Unter einem strukturierten Gitter wird ein Gitter verstanden, welches eine regelmäßige Topologie aufweist, d. h., dass die Zellen in einem regelmäßigen Raster vorliegen und sich eindeutig durch ganze Zahlen indizieren lassen.
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Weiter kann es sich bei dem Gitter insbesondere um ein rechtwinkliges Gitter handeln. Dies bedeutet, dass die einzelnen Zellen des Gitters eine Quaderform aufweisen.
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Weiter kann es sich bei dem Gitter insbesondere um ein gleichmäßiges Gitter handeln, d. h., dass die entlang einer Achse orientierten Kanten der Zellen des Gitters die gleiche Länge haben.
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Es ist möglich, dass die vorstehend genannten Eigenschaften des Gitters lediglich auf einen Teilbereich des Gitters zutreffen. Sie können insbesondere jedoch auf das gesamte Gitter zutreffen.
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Es kann wenigstens eine, vorzugsweise eine Mehrzahl, der Begrenzungsflächen zwischen benachbarten Zellen für das Fluid undurchlässig sein. So lässt sich der Strömungsweg des Fluids durch den Speicher insbesondere dadurch gezielt gestalten, in dem die einzelnen Begrenzungsflächen jeweils entweder für das Fluid durchlässig oder für das Fluid undurchlässig gestaltet sind.
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Der dargestellte und beschriebene thermische Speicher kann eine Mehrzahl Module aufweisen, die jeweils eine Zelle des Gitters bilden. Die Module können nebeneinander und/oder übereinander angeordnet sein und derart miteinander verbunden sein, dass sie das Grundgerüst des thermischen Speichers und damit die Zellen des Gitters bilden.
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Die Zellen sind jeweils durch eine Mehrzahl von Begrenzungsflächen zwischen benachbarten Zellen begrenzt. Die Zellen liegen mit ihren Begrenzungsflächen aneinander an. Dabei müssen die Begrenzungsflächen nicht zwingend durch Bauelemente, die die benachbarten Zellen voneinander trennen, definiert sein. Es können auch lediglich theoretische Begrenzungsflächen sein, die lediglich durch eine Gitterstruktur, die durch das Grundgerüst des thermischen Speichers gebildet wird, definiert sind. Mit anderen Worten kann es sich bei den Begrenzungsflächen um offene Flächen zwischen den benachbarten Zellen handeln, die beispielsweise durch mit offenen Flächenseiten aneinander anliegende Module gebildet sind.
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Ein derartiger thermischer Speicher ermöglicht es, dass der thermische Speicher in einfacher Weise durch die Kombination einer Mehrzahl standardisierter Elemente projektiert wird. Der thermische Speicher, insbesondere Module, Strukturelemente als Teile des Grundgerüsts, wie Stützen und/oder Träger, Böden, Decken, Außenwände, Zwischenwände und/oder Zwischenböden können in einfacher Weise als standardisierte Elemente, die insbesondere an einem vom Ort der Aufstellung entfernten Ort vorgefertigt werden können, gebildet sein. Hierdurch wird zum einen der Planungs- und/oder Konstruktionsaufwand des in Rede stehenden thermischen Speichers erheblich gesenkt, was eine schnelle Bereitstellung ermöglicht. Darüber hinaus werden die Kosten erheblich reduziert.
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Weiterhin vorteilhaft ist, dass ein Teil der Begrenzungsflächen für das Fluid durchlässig ist, wodurch eine einfache Möglichkeit geschaffen wird, einen Strömungsweg für das Fluid in dem thermischen Speicher zu definieren bzw. vorzugeben. Andere Begrenzungsflächen können für das Fluid undurchlässig ausgeführt sein. Dies kann beispielsweise durch Zwischenwände realisiert werden. Durch die Ausführung ausgewählter Begrenzungsflächen als für das Fluid durchlässige Begrenzungsflächen oder für das Fluid undurchlässige Begrenzungsflächen lässt sich so der Strömungsweg für das Fluid für einen individuellen Anwendungsfall festlegen. Auch können Zellen durch das Weglassen von Zwischenwänden, die parallel zur Strömungsrichtung orientiert sind, zu Gruppen von Zellen vereinigt werden, die so einen Strömungsweg mit einem größeren Querschnitt bilden als eine einzelne Zelle. So kann der Strömungsweg vorsehen, dass die einzelnen Zellen des thermischen Speichers nacheinander von dem Fluid durchströmt werden. Alternativ und/oder ergänzend ist die parallele Durchströmung der einzelner und/oder Gruppen von Zellen des thermischen Speichers durch das Fluid möglich. Auf diese Weise kann den individuellen Anforderungen, die sich aus dem jeweiligen Anwendungsfall an den thermischen Speicher ergeben, Rechnung getragen werden.
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Der thermische Speicher kann insbesondere eine Füllung mit einem thermischen Speichermaterial aufweisen. Die Füllung kann als eine von dem Fluid durchströmbare Schüttung und/oder eine von dem Fluid durchströmbare Ausmauerung ausgebildet sein.
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Bei dem thermischen Speicher kann es sich insbesondere um einen sogenannten latentthermischen Speicher handeln. In derartigen thermischen Speichern werden Phasenwechselmaterialien als thermische Speichermaterialien eingesetzt. Die latente Schmelzwärme, Lösungswärme und/oder Absorptionswärme solcher Medien ist wesentlich größer als die Wärme, die ohne Nutzung derartiger Phasenumwandlungseffekte gespeichert werden könnte.
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Alternativ und/oder ergänzend kann es sich um einen sogenannten sensiblen thermischen Speicher handeln. Derartige thermische Speicher verändern beim Laden und/oder Entladen ihre fühlbare Temperatur. Insbesondere kommt es bei derartigen thermischen Speichern nicht zu Phasenübergängen. Sensible thermische Speicher eignen sich insbesondere gut, um breite und/oder hohe Temperaturbereiche zu ermöglichen. Derartige thermische Speicher sind beispielsweise in der
EP 3 187 563 A1 beschrieben.
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Alternativ und/oder ergänzend kann das Fluid selbst zur Speicherung von Wärme genutzt werden. dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Fluid selbst eine hohe Wärmekapazität aufweist und/oder der Speicher so betrieben wird, dass das Fluid eine hohe Verweilzeit im Speicher aufweist.
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Die für das Fluid durchlässigen Begrenzungsflächen können offen sein. Alternativ bietet sich auch an, die Durchlässigkeit der Begrenzungsflächen dadurch zu erreichen, dass die im Bereich der Begrenzungsflächen angeordneten und/oder als Begrenzungsflächen dienenden Zwischenwände und/oder Zwischenböden in anderer Weise derart gestaltet sind, dass ein, insbesondere über die Begrenzungsfläche oder zumindest über einen wesentlichen Teil der Begrenzungsfläche verteilter, Durchtritt des Fluids durch die Begrenzungsfläche möglich ist. Beispielsweise kann eine, eine Mehrzahl oder eine Vielzahl von Öffnungen in der Zwischenwand und/oder dem Zwischenboden vorgesehen sein. Ebenso kann die Zwischenwand und/oder der Zwischenboden als Gitter und/oder nach Art eines Gitters ausgeführt sein bzw. ein Gitter aufweisen.
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Insbesondere im Fall offener Begrenzungsflächen kann die Füllung eine ununterbrochen durchgängige Schüttung und/oder Ausmauerung bilden. Hierdurch wird ein Höchstmaß an Homogenität der Durchströmung des thermischen Speichers von Zelle zu Zelle erreicht. Gleichzeitig kann der Innenraum des thermischen Speichers optimal für die Füllung mit dem thermischen Speichermaterial ausgenutzt werden.
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Die Begrenzungsflächen können rechteckig sein. Dies ist insbesondere im Zusammenhang mit quaderförmigen Zellen sinnvoll. Eine derartige, sich an einer rechtwinklig geprägten Struktur des Grundgerüsts des thermischen Speichers orientierende Geometrie der Zellen des thermischen Speichers ermöglicht eine einfache Konstruktionsweise und Statik.
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Insbesondere können aneinander anliegende Begrenzungsflächen benachbarter Zellen identische Abmessungen aufweisen. Auf diese Weise lässt sich die volle Fläche der Begrenzungsflächen für den Durchtritt des Fluids durch die Begrenzungsfläche nutzen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Zellen des thermischen Speichers, insbesondere sämtliche Zellen des thermischen Speichers, identische Abmessungen aufweisen. Hierdurch wird ein Höchstmaß an Standardisierbarkeit vorgefertigter Elemente und Flexibilität hinsichtlich der Realisierung unterschiedlicher Anordnungen und/oder Strömungswege im thermischen Speicher ermöglicht.
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Die einzelnen Zellen des thermischen Speichers bzw. des Gitters können im Bereich ihrer Kanten Strukturelemente aufweisen, die im Grundgerüst des thermischen Speichers Stützen und/oder Träger bilden. Hierbei kann ein Strukturelement, insbesondere eine Stütze und/oder ein Träger, einer Mehrzahl Zellen des Gitters zugeordnet sein bzw. Bestandteil einer Mehrzahl Zellen des Grundgerüsts sein. Ein derartiger thermischer Speicher kann beispielsweise dadurch gebildet werden, dass das Grundgerüst aus den Strukturelementen zusammengesetzt wird und die Boden, Decken, Wände, Zwischenwände und/oder Zwischenböden an dem aus diesen Strukturelementen gebildeten Grundgerüst befestigt werden.
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Alternativ und oder ergänzend ist es möglich, dass, insbesondere vorgefertigte, Module jeweils für sich genommen eine Zelle des Gitters definieren. Diese Module können im Bereich ihrer Kanten Strukturelemente aufweisen, die jeweils einem bestimmten Modul zugehörig sind. Die einzelnen Module können dann mit ihren Strukturelementen miteinander verbunden werden, wodurch das Grundgerüst gebildet wird, wobei Strukturelemente benachbarter Module gemeinsam Gitterlinien des Gitters definieren.
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Das Verfahren zum Bereitstellen eines thermischen Speichers, insbesondere eines thermischen Speichers der vorstehend beschriebenen Art, sieht insbesondere vor, dass zunächst eine Mehrzahl Module und/oder Strukturelemente des Grundgerüsts, insbesondere Stützen und/oder Träger, vorgefertigt wird. Die vorgefertigten Module und/oder Strukturelemente werden danach zum Aufstellungsort des thermischen Speichers transportiert und dort nebeneinander und/oder übereinander angeordnet und miteinander verbunden. Hierdurch entsteht das Grundgerüst des thermischen Speichers.
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Es ist möglich, Böden, Decken, Außenwände, Zwischenwände und oder Zwischenböden des thermischen Speichers bereits bei der Vorfertigung der Module mit den Modulen zu verbinden. Alternativ und/oder ergänzend ist es möglich, dass mittels vorgefertigter Module zunächst lediglich das Grundgerüst gebildet wird, und Böden, Decken, Außenwände, Zwischenwände und/oder Zwischenböden erst am Aufstellungsort mit dem Grundgerüst des thermischen Speichers verbunden werden.
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Es ist möglich, dass der thermische Speicher bei seiner Bereitstellung erst an seinem Aufstellungsort mit dem thermischen Speichermedium befüllt wird. Aufgrund des oft nicht unerheblichen Gewichts des thermischen Speichermediums kann dies vorteilhaft sein, da dadurch das Gewicht der gegebenenfalls zu transportierenden Module erheblich gesenkt wird. Auch muss die statische Tragfähigkeit des thermischen Speichers nur dafür ausreichen, das thermische Speichermedium im aufgestellten Zustand zu tragen. Es ist nicht dann nicht notwendig, dass die Module auch im gefüllten Zustand, d. h. mit der gesamten Belastung durch das thermische Speichermaterial, bewegt werden können.
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Der thermische Speicher kann darüber hinaus eine Wärmeisolierung aufweisen. Diese kann am Ort der Aufstellung des thermischen Speichers angebracht werden. Alternativ und/oder ergänzend ist es möglich, die Wärmeisolierung des thermischen Speichers, zumindest teilweise, bereits bei der Vorfertigung der einzelnen Module, Strukturelemente, Böden, Decken, Außenwände, Zwischenwände und/oder Zwischenböden an diesen anzubringen.
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Das Verfahren kann insbesondere vorsehen, dass miteinander kompatible Module, Strukturelemente, Böden, Decken, Außenwände, Zwischenwände und/oder Zwischenböden in bereits vor der Planung des konkreten bereitzustellenden thermischen Speichers festgelegten Abmessungen vorgefertigt und insbesondere bereits vor der Planung des konkreten bereitzustellenden thermischen Speichers vorgehalten werden, wobei zum Bereitstellen des Wärmespeichers Module, Strukturelemente, Böden, Decken, Außenwände, Zwischenwände und/oder Zwischenböden aus den vorgefertigten und insbesondere bereits vor der Planung des konkreten bereitzustellenden thermischen Speichers vorgehaltenen Modulen, Strukturelementen, Böden, Decken, Außenwänden, Zwischenwänden und/oder Zwischenböden ausgewählt und zum Bau des thermischen Speichers genutzt werden. Hierdurch wird es möglich, den thermischen Speicher vollständig oder zumindest zum Teil aus „Standardkomponenten“ zusammenzusetzen. Die Kosten und die Bereitstellungszeiten lassen sich dadurch noch weiter senken. Zudem wird bereits die Planung bzw. Projektierung durch den Rückgriff auf standardisierte Komponenten vereinfacht. Mit anderen Worten wird eine Art „Baukastensystem“ bereitgestellt, aus dem sich der thermische Speicher zusammensetzen lässt. Werden die Komponenten des Speichers vorgehalten, lässt sich sogar auf Bauteile zurückgreifen, die bereits lagernd zur Verfügung stehen, wodurch sich die Bereitstellungszeit noch weiter senken lässt.
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Weitere praktische Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
- 1 ein Grundgerüst eines thermischen Speichers der in Rede stehenden Art in Gestalt eines dreidimensionalen Gitters
- 2 ein beispielhaftes Modul und weitere beispielhafte Bestandteile eines beispielhaften thermischen Speichers
- 3 eine schematische Darstellung beispielhafter Varianten unterschiedlicher Strömungswege, die in thermischen Speichern mit identischem Grundgerüst realisierbar sind.
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Der in 1 schematisch dargestellte thermische Speicher weist ein Grundgerüst 14 auf. Das Grundgerüst 14 hat die Gestalt eines dreidimensionalen Gitters. Die Gitterlinien umgeben hierbei Begrenzungsflächen zwischen benachbarten Zellen. Das Grundgerüst ist durch Strukturelemente 12 gebildet, die als Stützen und/oder Träger im Grundgerüst 14 die Gitterlinien des Gitters definieren.
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Die Strukturelemente 12 des Grundgerüsts und/oder die Module 10 können durch Zwischenwände, Böden, Zwischenböden, Wände und Decken des thermischen Speichers ergänzt werden. Diese können an den Begrenzungsflächen zwischen den Zellen der Gitterstruktur des thermischen Speichers angeordnet werden. Die Begrenzungsflächen zwischen den Zellen können wie im gezeigten Beispiel die durch die Strukturelemente 12 eingerahmten offenen Flächenseiten der Zellen definiert sein, welche die sechs Seiten der Quader bilden, die den beispielhaften Zellen des Gitters als Grundform zugrunde liegt. Die so gebildeten quaderförmigen Zellen bilden so eine erweiterbare Zellstruktur des thermischen Speichers.
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Die in beispielhaft dargestellten Trennwände 18 und Decken 20 können verwendet werden, um Zwischenböden, Zwischenwände, Außenwände, Decken und Böden des thermischen Speichers zu realisieren. Dort, wo entsprechende Trennwände 18 als Zwischenwände bzw. entsprechende Decken 20 als Zwischenböden im Bereich der Begrenzungsflächen zwischen benachbarten Zellen vorgesehen sind, bilden diese, da sie für das Fluid nicht durchlässig sind, Begrenzungen des Strömungswegs des Fluids durch den thermischen Speicher. Auf diese Weise lässt sich der Durchströmungsweg durch den thermischen Speicher durch die Positionierung bzw. durch das Hinzufügen oder Weglassen der Trennwände 18 an einzelnen Begrenzungsflächen festlegen.
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Der beispielhafte thermische Speicher kann eine Mehrzahl beispielhafter Module 10 aufweisen, die jeweils einzelne Zellen des Gitters definieren, bzw. aus diesen aufgebaut sein. In 2 ist ein beispielhaftes Modul 10 abgebildet. Das beispielhafte Modul 10 weist Strukturelemente 12 auf, die entlang der Kanten des Moduls 10 angeordnet sind. Die Strukturelemente 12 des Moduls 10 können ein Grundgerüst 14 des thermischen Speichers in Gestalt eines dreidimensionalen Gitters bilden, wie es beispielsweise in der 1 zu erkennen ist. Ein derartiges Grundgerüst 14 eines thermischen Speichers kann dann insbesondere aus einer Mehrzahl Module 10 gebildet sein.
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Der Speicher kann, wie im gezeigten Beispiel, zusätzliche Trägerelemente 16 im Bereich der Decken, Böden und/oder Zwischenböden aufweisen. Zum Zwecke der beispielhaften Darstellung dieser Trägerelemente ist ein Teil der als Boden bzw. Zwischenboden genutzten Decke 20 in der Darstellung aufgebrochen. Durch die Trägerelemente 16 können Lasten, beispielsweise durch ein Wärmeüberträgermedium, welches eine Füllung des thermischen Speichers bildet, aufgenommen werden. Die lediglich mit den Trägerelementen 16 verstärkten Unterseiten der Module 10 bleiben jedoch vorzugsweise zunächst für ein Fluid, dass den thermischen Speicher durchströmt, durchlässig, solange nicht beispielsweise wie dargestellt eine Decke 20 zur Bildung eines Bodens und/oder Zwischenbodens im Bereich der Unterseite des Moduls angeordnet ist.
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In der 3 sind beispielhaft unterschiedliche Strömungswege dargestellt, die sich mittels dem in der 1 schematisch dargestellten Grundgerüst 14, dass sich beispielsweise mit insgesamt 18 der Module 10 realisieren lässt, realisieren lassen. In dem in 3A gezeigten Fall werden jeweils benachbarte Zellen in Richtung Z durchströmt. An den zu Richtung Z orthogonalen Begrenzungsflächen zwischen diesen Zellen sind keine Trennwände 18 vorgesehen. Hierdurch sind diese Begrenzungsflächen für das Fluid durchlässig. Alle anderen Begrenzungsflächen zwischen Zellen weisen Trennwände 18 oder Decken 20 auf. Hierdurch entstehen neun in Z-Richtung orientierte und voneinander unabhängige „Kanäle“, durch die der gebildete thermische Speicher von seinen in Richtung Z orientierten Flächenseiten her durchströmt werden kann. Zu diesem Zweck können an den in bzw. entgegen der Richtung Z weisenden Ein- bzw. Austrittsflächen für das Fluid entsprechende Verteilereinrichtungen für das Fluid bzw. Sammeleinrichtungen für das Fluid vorgesehen sein.
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Im Falle des in 3B dargestellten Durchströmungsmusters sind auch die zur Richtung X orthogonalen Begrenzungsflächen zwischen Zellen für das Fluid durchlässig. Im Vergleich zu der 3A bilden sich so lediglich drei voneinander getrennte durchströmbare „Kanäle“, die sich jeweils über eine komplette Ebene des beispielhaft dargestellten thermischen Speichers erstrecken.
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In 3C ist beispielhaft ein Strömungsweg dargestellt, bei dem ein Teil der zur Richtung Z orthogonalen Begrenzungsflächen zwischen benachbarten Zellen für das Fluid durchströmbar ist. In diesem Fall wird dadurch ermöglicht, dass die Strömung S-förmig zunächst durch die unterste Ebene, dann in entgegengesetzter Richtung durch die mittlere Ebene und schließlich in der gleichen Strömungsrichtung wie in der untersten Ebene durch die oberste Ebene der in 1 schematisch dargestellten Zellstruktur des thermischen Speichers geführt werden kann.
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In 3D bilden die Zellen des thermischen Speichers beispielhaft neun in Richtung Z, also vertikal, durchströmbare einzelne Kanäle. Hierbei sind sämtliche zu Richtung X oder Y orthogonalen Begrenzungsflächen zwischen benachbarten Zellen des Gitters für das Fluid undurchlässig. Lediglich die zu Richtung Z orthogonalen Begrenzungsflächen zwischen benachbarten Zellen sind für das Fluid durchlässig.
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Bei der in der 3E dargestellten schematischen Durchströmung sind im Vergleich zu dem Strömungsmuster in 3D zusätzlich die zur horizontalen Richtung Y orthogonalen Begrenzungsflächen zwischen benachbarten Zellen des Gitters für das Fluid durchlässig. Eine derartige Zellstruktur kann in drei unabhängig voneinander durchströmbaren Kanälen, die die Gestalt senkrecht orientierter „Scheiben“ aufweisen, beispielsweise in der in 3B dargestellten Weise, nämlich in Richtung Y, durchströmt werden.
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In der 3F ist ein weiteres Beispiel einer S-förmigen Durchströmung des in 1 beispielhaft dargestellten Grundgerüsts 14 dargestellt. Diese lässt sich realisieren, wenn im Falle des in 1 dargestellten Gitters ein Teil der zur Richtung X orthogonalen Begrenzungsflächen zwischen benachbarten Zellen des Gitters für das Fluid durchlässig ist. Der andere Teil der zur Richtung X orthogonalen Begrenzungsflächen kann dann beispielsweise mittels Trennwänden 18 für das Fluid undurchlässig gestaltet werden, sodass der S-förmige Verlauf der Strömung vorgegeben bzw. erzwungen wird.
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Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Sie kann im Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtigung der Kenntnisse des zuständigen Fachmanns variiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Modul
- 12
- Strukturelemente
- 14
- Grundgerüst
- 16
- Trägerelement
- 18
- Trennwände
- 20
- Decken
- 22
- Zellstruktur
- X
- horizontale Richtung
- Y
- vertikale Richtung
- Z
- horizontale Richtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2017/046275 A1 [0004]
- EP 3187563 A1 [0023]
