Hydrospeicher mit in Reihe geschalteten Speicherunterräumen

Abstract

 Hydrospeicher zur Verwendung in Energiespeichersystemen, umfassend einen Grundkörper (1), wobei der Grundkörper (1) einen Speicherraum (2) für ein gasförmiges Medium und einen Aufnahmeraum (3) für ein flüssiges Medium aufnimmt, wobei der Speicherraum (2) vom Aufnahmeraum (3) durch ein erstes Trennelement (4) abgetrennt ist und wobei die Volumina des Speicherraums (2) und des Aufnahmeraums (3) veränderbar sind, ist im Hinblick auf die Aufgabe, einen Hydrospeicher derart auszugestalten und weiterzubilden, dass dieser ein flüssiges Medium mit einer möglichst konstanten Abgaberate fördern oder mit einer möglichst konstanten Aufnahmerate speichem kann, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicherraum (2) mindestens zwei voneinander getrennte Speicherunterräume (5, 6) umfasst, die jeweils mit einem gasförmigen Medium befüllt sind.

Beschreibung

Technisches Gebiet

[0001] Die Erfindung betrifft einen Hydrospeicher zur Verwendung in Energiespeichersystemen, umfassend einen Grundkörper, wobei der Grundkörper einen Speicherraum für ein gasförmiges Medium und einen Aufnahmeraum für ein flüssiges Medium aufnimmt, wobei der Speicherraum vom Aufnahmeraum durch ein erstes Trennelement abgetrennt ist und wobei die Volumina des Speicherraums und des Aufnahmeraums veränderbar sind.

Stand der Technik

[0002] Aus dem Stand der Technik sind Hydrospeicher der eingangs genannten Art bereits bekannt. Die gattungsbildenden Hydrospeicher werden in Hydrosystemen, insbesondere zur Energiespeicherung, verwendet. Bei den genannten Hydrospeichem handelt es sich um Druckbehälter, in deren Aufnahmeräumen ein bestimmtes nutzbares Volumen eines flüssigen Mediums speicherbar ist. Hierbei wird die Kompressibilität eines gasförmigen Mediums genutzt, um das flüssige Medium mit Druck zu beaufschlagen.

[0003] Das erste Trennelement teilt den Aufnahmeraum, in welchem das flüssige Medium aufgenommen ist, von einem Speicherraum ab, in welchem ein gasförmiges, kompressibles Medium aufgenommen ist. Der Aufnahmeraum, in welchem das flüssige Medium aufgenommen ist, steht üblicherweise mit einem hydraulischen Kreislauf in Verbindung. Sobald das flüssige Medium unter Druck in den Hydrospeicher hineingepresst wird, wird das gasförmige Medium im Speicherraum komprimiert. Bei einem Druckabfall im hydraulischen Kreislauf kann das komprimierte gasförmige Medium expandieren und das im Aufnahmeraum aufgenommene flüssige Medium an den hydraulischen Kreislauf zurückgeben.

[0004] Aus der DE 38 44 054 A1 ist ein Hydrospeicher der eingangs genannten Art bekannt geworden, dessen Trennelement aus zwei Schichten aufgebaut ist. Dabei dient eine Schicht als Kraftaufnahmeschicht und eine zweite als Dichtungsschicht. Des Weiteren ist in einem Speicherraum eine Feder angeordnet, welche das Trennelement gegen den Aufnahmeraum presst und dadurch das flüssige Medium aus dem Hydrospeicher austreibt.

[0005] Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Hydrospeichem ist nachteilig, dass die Kraft, mit welcher das flüssige Medium aus dem Hydrospeicher ausgetrieben wird, sehr stark vom jeweiligen Expansionsgrad des gasförmigen Mediums abhängt. Nach dem idealen Gasgesetz ist der Druck des gasförmigen Mediums umgekehrt proportional zu dessen Volumen. Aufgrund dieser physikalischen Verhältnisse können die Kräfte, mit welchen ein flüssiges Medium aus dem Aufnahmeraum heraus oder in diesen hinein gepresst wird, stark schwanken.

Darstellung der Erfindung

[0006] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Hydrospeicher der eingangs genannten Art derart auszugestalten und weiterzubilden, dass dieser ein flüssiges Medium mit einer möglichst konstanten Abgaberate fördern oder mit einer möglichst konstanten Aufnahmerate speichern kann.

[0007] Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe durch einen Hydrospeicher mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

[0008] Danach ist der eingangs genannte Hydrospeicher dadurch gekennzeichnet, dass der Speicherraum mindestens zwei voneinander getrennte Speicherunterräume umfasst, die jeweils mit einem gasförmigen Medium befüllt sind.

[0009] Erfindungsgemäß ist zunächst erkannt worden, dass das Abgabe- oder Aufnahmeverhalten eines Hydrospeichers sehr stark vom Expansionsgrad des gasförmigen Mediums abhängt. Weiter ist erkannt worden, dass insbesondere in Energiespeichersystemen oder hydraulischen Kreisläufen eine möglichst konstante Abgaberate und Aufnahmerate eines flüssigen Mediums erforderlich ist. Schließlich ist erkannt worden, dass durch Kopplung zweier Gasvolumina, welche druckübertragend miteinander verbunden sind, eine Vergleichmäßigung der druckabhängigen Abgaberate und der druckabhängigen Aufnahmerate des flüssigen Mediums realisierbar ist. Folglich ist die eingangs genannte Aufgabe gelöst.

[0010] Vor diesem Hintergrund könnten die gasförmigen Medien in den Speicherunterräumen unter unterschiedlichen Drücken stehen. Durch diese konkrete Ausgestaltung ist es möglich, eine Linearisierung der Druck-Abgaberate-Kurve oder der Druck-Aufnahmerate-Kurve in Bezug auf das flüssige Medium zu realisieren.

[0011] Das gasförmige Medium in dem ersten Speicherraum, welcher dem Aufnahmeraum zugewandt oder unmittelbar benachbart ist, könnte unter einem geringeren Druck stehen als das gasförmige Medium in dem anderen, zweiten Speicherunterraum. Durch diese konkrete Ausgestaltung kann der dem Aufnahmeraum unmittelbar zugewandte, erste Speicherunterraum einen Druckstoß durch eindringendes flüssiges Medium sanft abfedem. Des Weiteren wird eine Permeation des gasförmigen Mediums aus dem zweiten Speicherunterraum heraus vermieden.

[0012] Die Speicherunterräume könnten druckübertragend in Reihe geschaltet sein. Hierdurch ist eine platzsparende Anordnung der Speicherunterräume in einem Grundkörper realisierbar. Mit der platzsparenden Bauweise geht eine Gewichtsersparnis einher. Durch die Reihenschaltung der Speicherunterräume wird ein Sprung in der Druck-Abgaberate-Kurve und der Druck-Aufnahmerate-Kurve vermieden, wenn der Druck im Aufnahmeraum rapide ansteigt oder abfällt.

[0013] Zumindest ein Speicherunterraum könnte mit einer Zuleitung verbindbar sein. Durch diese konkrete Ausgestaltung ist der Hydrospeicher mit einer externen Druckquelle verbindbar. Hierdurch kann die Druck-Abgaberate-Kurve oder die Druck-Aufnahmerate-Kurve zusätzlich geglättet werden.

[0014] Dabei könnte jedem Speicherunterraum eine eigene Zuleitung zugeordnet sein. Durch diese konkrete Ausgestaltung ist der Hydrospeicher auch in Energiespeichersystemen verwendbar, in denen stark ausgeprägte Druckschwankungen auftreten.

[0015] Da eine Permeation des gasförmige Mediums aus dem zweiten Speicherunterraum durch den angrenzenden ersten Speicherunterraum weitgehend vermieden wird, kann auf eine Zuleitung zu dem zweiten Speicherunterraum aber auch verzichtet werden.

[0016] Die Speicherunterräume könnten jeweils durch ein zweites Trennelement voneinander im Wesentlichen gasdicht getrennt sein. Durch diese konkrete Ausgestaltung können die Volumina der gasförmigen Medien in den einzelnen Speicherunterräumen besonders effektiv druck- und kraftübertragend aneinander gekoppelt werden.

[0017] Das zweite Trennelement könnte als Metallbalg ausgestaltet sein. Ein Metallbalg zeichnet sich durch eine hohe Stabilität und technische Gasdichtigkeit aus. Das zweite Trennelement könnte als Kolben ausgestaltet sein. Ein Kolben kann sehr definiert im Grundkörper geführt werden.

[0018] Das zweite Trennelement könnte als flexible Membran ausgestaltet sein. Eine solche Membran ist besonders flexibel und nachgiebig.

[0019] Die flexible Membran könnte an eine Stützwandung anlegbar sein, die mit dem Grundkörper verbunden ist. Die Stützwandung stabilisiert die flexible Membran und verhindert ein Überdehnen oder gar Reißen der flexiblen Membran.

[0020] Die Stützwandung könnte gewölbt ausgebildet sein und einen Durchgang aufweisen. Die gewölbte Ausbildung erlaubt ein glattes und materialschonendes Anlegen der flexiblen Membran an die Stützwandung.

[0021] Durch den Durchgang kann ein gasförmiges Medium hindurchströmen und auf das erste Trennelement zwischen Speicherraum und Aufnahmeraum effektiv Druck übertragen. Des Weiteren kann der Durchgang quasi als Drossel fungieren und ein zu schnelles Komprimieren oder Expandieren eines gasförmigen Mediums in einem Speicherunterraum verhindern.

[0022] Das erste Trennelement könnte als flexible Membran ausgestaltet sein. Flexible Membranen zeichnen sich durch eine reversible Deformierbarkeit aus und können Druckstößen rasch folgen. Die hier beschriebenen flexiblen Membranen sind üblicherweise aus einem Elastomer, insbesondere Gummi, gefertigt.

[0023] Das erste Trennelement könnte auch als Metallbalg ausgestaltet sein. Ein Metallbalg zeichnet sich durch eine hohe Stabilität und technische Gasdichtigkeit auch bei hohen Drücken aus. Das erste Trennelement könnte auch als Kolben ausgestaltet sein. Ein Kolben kann sehr definiert im Grundkörper geführt werden.

[0024] Der hier beschriebene Hydrospeicher könnte in einem Verfahren zum gleichmäßigen Aufnehmen und Abgeben eines flüssigen Mediums verwendet werden, wobei mehrere gasförmige Medien in Speicherunterräumen unter unterschiedliche Drücke gesetzt werden, wobei die gasförmigen Medien unter Veränderung der Volumina der jeweiligen Speicherunterräume komprimiert oder entspannt werden und wobei die gasförmigen Medien druckübertragend in Reihe geschaltet werden.

[0025] Um Wiederholungen in Bezug auf die erfinderische Tätigkeit zu vermeiden, sei auf die Ausführungen zum Hydrospeicher als solchem verwiesen.

[0026] Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung auf vorteilhafte Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die nachgeordneten Ansprüche, andererseits auf die nachfolgende Erläuterung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Lehre anhand der Zeichnung zu verweisen.

[0027] In Verbindung mit der Erläuterung des bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert.

Kurzbeschreibung der Zeichnung

[0028] In der Zeichnung zeigt die einzige

Fig.

einen Hydrospeicher mit einem Speicherraum, der mindestens zwei voneinander getrennte Speicherunterräume umfasst, die jeweils mit einem gasförmigen Medium befüllt sind.

Ausführung der Erfindung

[0029] In der Zeichnung zeigt die einzige Fig. einen Hydrospeicher zur Verwendung in Energiespeichersystemen, umfassend einen Grundkörper 1, wobei der Grundkörper 1 einen Speicherraum 2 für ein gasförmiges Medium und einen Aufnahmeraum 3 für ein flüssiges Medium aufnimmt, wobei der Speicherraum 2 vom Aufnahmeraum 3 durch ein erstes Trennelement 4 fluiddicht oder flüssigkeitsdicht abgetrennt ist und wobei die Volumina des Speicherraums 2 und des Aufnahmeraums 3 veränderbar sind. Der Speicherraum 2 umfasst mindestens zwei voneinander im Wesentlichen gasdicht getrennte Speicherunterraume 5, 6, die jeweils mit einem gasförmigen Medium befüllt sind.

[0030] Der Grundkörper 1 ist zigarrenförmig ausgebildet. Er weist einen länglichen, zylindrischen Abschnitt auf, an den sich beidseitig zwei Kugelkappen 1a, 1b anschließen. Der Grundkörper 1 ist aus Metall, insbesondere einem Nichteisenmetall, gefertigt, kann aber auch aus einem Kunststoff gefertigt sein. Der Grundkörper 1 umschließt die unterschiedlich großen Speicherunterräume 5, 6 und den Aufnahmeraum 3. Der Grundkörper 1 kann statt der Kugelkappen ... 1a, 1b auch flache, hier nicht gezeigte, Deckelelemente aufweisen.

[0031] Die gasförmigen Medien in den Speicherunterräumen 5, 6 stehen dabei unter unterschiedlichen Drücken. Des Weiteren weisen die Speicherunterräume 5, 6 unterschiedliche Volumina auf. Der erste Speicherunterraum 5 ist größer als der zweite Speicherunterraum 6.

[0032] Das gasförmige Medium in dem ersten Speicherunterraum 5, welcher dem Aufnahmeraum 3 zugewandt ist, steht unter einem geringeren Druck als das gasförmige Medium in dem zweiten Speicherunterraum 6. Die Speicherunterräume 5 und 6 sind druckübertragend in Reihe geschaltet.

[0033] Durch die Veränderung der Volumina der Speicherunterräume 5, 6 wird zugleich auch das Volumen des gesamten Speicherraums 2 sowie das Volumen des Aufnahmeraums 3 verändert.

[0034] Dem ersten Speicherunterraum 5 ist eine erste Zuleitung 7 zugeordnet. Dem zweiten Speicherunterraum 6 ist eine weitere, zweite Zuleitung 8 zugeordnet. Die zweite Zuleitung 8 ist optional, da eine Permeation des gasförmigen Mediums aus dem zweiten Speicherunterraum 6 nahezu nicht auftritt. Durch die Zuleitungen 7, 8 sind die Speicherunterräume 5, 6 mit der Atmosphäre oder mit nachgeordneten, hier nicht gezeigten, Aggregaten strömungsverbindbar. Durch die Aggregate können die Drücke in den Speicherunterräumen 5, 6 dynamisch von außen, unabhängig vom Druck im Aufnahmeraum 3, beeinflusst werden.

[0035] Die Speicherunterräume 5, 6 sind jeweils durch ein zweites Trennelement 9, nämlich eine flexible Membran, voneinander getrennt. Die flexible Membran ist aus Gummi gefertigt und an ihrem Rand mit dem Grundkörper 1 verbunden. Durch die flexible Membran sind die gasförmigen Medien druckübertragend aneinander gekoppelt und in Reihe geschaltet.

[0036] Die flexible Membran ist sackartig ausgebildet und an eine Stützwandung 10 anlegbar, die mit dem Grundkörper 1 verbunden ist. Die Stützwandung 10 ist gewölbt ausgebildet und weist einen Durchgang 11 auf. Die Stützwandung 10 ist an der Innenwandung des Grundkörpers 1 angeschweisst. Die Stützwandung 10 ist als Halbkugel ausgebildet, in deren tiefster Stelle der Durchgang 11 eingebracht ist. Die Stützwandung 10 ist dabei in Richtung des Aufnahmeraums 3 konvex gewölbt.

[0037] Zwischen der sackartigen, flexiblen Membran und der Stützwandung 10 ist ein Anschlagsraum 5a ausgebildet, in welchem sich die sackartige Membran teilweise auf und ab bewegen kann. Der Anschlagsraum 5a ist ein Teil des ersten Speicherunterraums 5, dessen Volumen durch Bewegungen der flexiblen Membran und des ersten Trennelements 4 veränderbar ist.

[0038] Das erste Trennelement 4 ist ebenfalls als flexible Membran aus Gummi ausgestaltet. Das erste Trennelement 4 ist ebenfalls sackartig ausgebildet und ragt in den Aufnahmeraum 3 hinein. Beim Eindringen eines flüssigen Mediums aus dem hydraulischen Kreislauf in den Aufnahmeraum 3 durch eine dritte Zuleitung 12 kann das erste Trennelement 4 in Richtung des Speicherraums 2 gepresst werden.

[0039] Der Aufnahmeraum 3 ist durch eine dritte Zuleitung 12 an den hydraulischen Kreislauf anschließbar. Durch die dritte Zuleitung 12 wird ein flüssiges Medium 13 in einen hydraulischen Kreislauf eingespeist oder aus diesem aufgenommen. Der Aufnahmeraum 3 weist nur eine einzige Zuleitung 12 auf. Durch die Speicherunterräume 5, 6, in denen unterschiedliche Drücke herrschen, wird eine linearisierte Fluiddruckkennlinie erzeugt.

[0040] Abschließend sei ganz besonders hervorgehoben, dass das zuvor ausgewählte Ausführungsbeispiel lediglich zur Erörterung der erfindungsgemäßen Lehre dient, diese jedoch nicht auf dieses Ausführungsbeispiel einschränkt.

Ansprüche

1. Hydrospeicher zur Verwendung in Energiespeichersystemen, umfassend einen Grundkörper (1), wobei der Grundkörper (1) einen Speicherraum (2) für ein gasförmiges Medium und einen Aufnahmeraum (3) für ein flüssiges Medium aufnimmt, wobei der Speicherraum (2) vom Aufnahmeraum (3) durch ein erstes Trennelement (4) abgetrennt ist und wobei die Volumina des Speicherraums (2) und des Aufnahmeraums (3) veränderbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicherraum (2) mindestens zwei voneinander getrennte Speicherunterräume (5, 6) umfasst, die jeweils mit einem gasförmigen Medium befüllt sind.

2. Hydrospeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gasförmigen Medien in den Speicherunterräumen (5, 6) unter unterschiedlichen Drücken stehen.

3. Hydrospeicher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das gasförmige Medium in dem ersten Speicherunterraum (5), welcher dem Aufnahmeraum (3) zugewandt ist, unter einem geringeren Druck steht als das gasförmige Medium in dem zweiten Speicherunterraum (6).

4. Hydrospeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherunterräume (5, 6) druckübertragend in Reihe geschaltet sind.

5. Hydrospeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Speicherunterraum (5, 6) mit einer Zuleitung (7, 8) verbindbar ist.

6. Hydrospeicher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Speicherunterraum (5, 6) eine eigene Zuleitung (7, 8) zugeordnet ist.

7. Hydrospeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherunterräume (5, 6) jeweils durch ein zweites Trennelement (9) voneinander getrennt sind.

8. Hydrospeicher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Trennelement (9) als Kolben oder Metallbalg ausgestaltet ist.

9. Hydrospeicher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Trennelement (9) als flexible Membran ausgestaltet ist.

10. Hydrospeicher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Membran an eine Stützwandung (10) anlegbar ist, die mit dem Grundkörper (1) verbunden ist.

11. Hydrospeicher nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützwandung (10) gewölbt ausgebildet ist und einen Durchgang (11) aufweist.

12. Hydrospeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Trennelement (4) als flexible Membran ausgestaltet ist.

13. Hydrospeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Trennelement (4) als Kolben oder Metallbalg ausgestaltet ist.

14. Verfahren zum gleichmäßigen Aufnehmen und Abgeben eines flüssigen Mediums unter Verwendung eines Hydrospeichers nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei mehrere gasförmige Medien in Speicherunterräumen (5, 6) unter unterschiedliche Drücke gesetzt werden, wobei die gasförmigen Medien unter Veränderung der Volumina der jeweiligen Speicherunterräume (5, 6) komprimiert oder entspannt werden und wobei die gasförmigen Medien druckübertragend in Reihe geschaltet werden.

Amended claims

Geänderte Patentansprüche gemäss Regel 137(2) EPÜ.

1. Hydrospeicher zur Verwendung in Energiespeichersystemen, umfassend einen Grundkörper (1), wobei der Grundkörper (1) einen Speicherraum (2) für ein gasförmiges Medium und einen Aufnahmeraum (3) für ein flüssiges Medium aufnimmt, wobei der Speicherraum (2) vom Aufnahmeraum (3) durch ein erstes Trennelement (4) abgetrennt ist, wobei die Volumina des Speicherraums (2) und des Aufnahmeraums (3) veränderbar sind, wobei der Speicherraum (2) mindestens zwei voneinander getrennte Speicherunterräume (5, 6) umfasst, die jeweils mit einem gasförmigen Medium befüllt sind, wobei die Speicherunterräume (5, 6) jeweils durch ein zweites Trennelement (9) voneinander getrennt sind und wobei das zweite Trennelement (9) als flexible Membran ausgestaltet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Membran an eine Stützwandung (10) anlegbar ist, die mit dem Grundkörper (1) verbunden ist.

2. Hydrospeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gasförmigen Medien in den Speicherunterräumen (5, 6) unter unterschiedlichen Drücken stehen.

3. Hydrospeicher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das gasförmige Medium in dem ersten Speicherunterraum (5), welcher dem Aufnahmeraum (3) zugewandt ist, unter einem geringeren Druck steht als das gasförmige Medium in dem zweiten Speicherunterraum (6).

4. Hydrospeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherunterräume (5, 6) druckübertragend in Reihe geschaltet sind.

5. Hydrospeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Speicherunterraum (5, 6) mit einer Zuleitung (7, 8) verbindbar ist.

6. Hydrospeicher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Speicheruntemaum (5, 6) eine eigene Zuleitung (7, 8) zugeordnet ist.

7. Hydrospeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützwandung (10) gewölbt ausgebildet ist und einen Durchgang (11) aufweist.

8. Hydrospeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Trennelement (4) als flexible Membran ausgestaltet ist.

9. Hydrospeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Trennelement (4) als Kolben oder Metallbalg ausgestaltet ist.

10. Verfahren zum gleichmäßigen Aufnehmen und Abgeben eines flüssigen Mediums unter Verwendung eines Hydrospeichers nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei mehrere gasförmige Medien in Speicherunterräumen (5, 6) unter unterschiedliche Drücke gesetzt werden, wobei die gasförmigen Medien unter Veränderung der Volumina der jeweiligen Speicherunterräume (5, 6) komprimiert oder entspannt werden und wobei die gasförmigen Medien druckübertragend in Reihe geschaltet werden.

Zeichnung