DE2819600A1

DE2819600A1 - Elektrochemische speicherbatterie

Info

Publication number: DE2819600A1
Application number: DE19782819600
Authority: DE
Inventors: Hermann Dipl Phys Birnbreier; Franz Dr Rer Nat Gross
Original assignee: Brown Boveri und Cie AG Germany; BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 1978-05-05
Filing date: 1978-05-05
Publication date: 1979-11-08
Also published as: US4329407A; DE2819600C2

Description

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Mp.-Nr, 553/78 Mannheim, den 27. April 1978

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Elektrochemische Speicherbatterie

Die Erfindung betrifft eine elektrochemische Speicherbatterie, insbesondere auf der Basis von Alkalimetall und Schwefel, mit wenigstens einer eine Isolierung aufweisenden Speicherzelle und mindestens einem zwischen Speicherzelle und Isolierung angeordneten, gegebenenfalls ein Wärmespeichermedium aufweisenden Zwischenraum, der durch wenigstens einen Wärmeübertrager mit dem Außenraum verbunden ist.

j Bei einer bekannten, gegen Wärmeverluste mit einer Isolierung versehenen, elektrochemischen Speicherbatterie dieser Art ist der Zwischenraum von Wärmeübertragern in Form vertikaler Rohre durchdrungen. Hierbei münden die unteren, offenen Enden dieser Rohre unmittelbar in den Außenraum, während die oberen offenen Enden mit einem Absperrorgan versehen sind. Im Falle von Überhitzungsgefahr der Speicherbatterie kann das Absperrorgan geöffnet werden, so daß Außenluft durch die Rohre zirkulieren und den Innenraum der Speicherbatterie abkühlen kann.

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Nachteilig bei dieser bekannten Ausbildung ist, daß die Wärmestromdichte, die mit einem Wärmeübertrager der bekannten Art erreichbar ist, sehr gering ist, so daß Wärmeübertrager selbst in größerer Anzahl einen unerwünschten Temperaturanstieg einer elektrochemischen Speicherbatterie nicht sicher verhindern können.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine gegen Wärmeverluste mit einer Isolierung versehene elektrochemische Speicherbatterie der eingangs genannten Art so auszubilden, daß ihre Speicherzelle auf wirkungsvolle Weise mit dem Außenraum in Wärmetausch bringbar ist. Die Ausbildung soll hierbei einfach und kostengünstig sowie den betrieblichen Anforderungen gewachsen sein.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht bei einer elektrochemischen Speicherbatterie der eingangs genannten Art darin, daß der Wärmeübertrager als geschlossener, mit einer Teilfüllung eines verdampfbaren Mediums versehener Hohlkörper mit wenigstens zwei Wärmetauschzonen ausgebildet ist, von denen mindestens eine erste Zone wenigstens bereichsweise an den Zwischenraum und mindestens eine zweite Zone wenigstens bereichsweise an mindestens ein wärmeaufnehmendes Mittel grenzt.

Die zu übertragende oder abzuführende Wärme verdampft das in der zugeordneten Zone vorhandene Medium, wie Quecksilber, Thermoöl oder Wasser, der Dampf strömt innerhalb des Wärmeübertragers zur anderen kühleren Zone und kondensiert dort unter Wärmeabgabe. Der Rücktransport des anfallenden Kondensats kann hierbei durch Schwerkraft oder erforderlichenfalls durch

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Kapillarstrukturen erfolgen, welche auf der Innenseite des Wärmeübertragers angeordnet sind und beide Zonen miteinander verbinden. Da mit Hilfe eines DampffStroms ein Wärmetransport von sehr hoher Wärmstromdichte möglich ist, wird durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Wärmeübertragers der Wärmeaustausch wesentlich verbessert, so daß ein ausreichender Wärmeaustausch mit einer geringen Anzahl von Wärmeübertragern bewältigt werden kann. Hierbei ist es von Vorteil, wenn die Wärmetausch-Zonen vollständig im Zwischenraum bzw. wärmeaufnehmenden Mittel angeordnet sind.

Zur Verbesserung der Wärmeübertragung weist vorteilhaft wenigstens die zweite Zone die wärmeübertragende Oberfläche vergrößernde Mittel, wie Rippen, Stifte oder Nocken auf. Solche Mittel können selbstverständlich auch auf der ersten Zone angeordnet sein, doch ist ihre dortige Anordnung nicht unbedingt erforderlich, da die Speicherzelle zusätzlich durch Strahlung, mit der mit gsringem Abstand verlaufenden ersten Zone im Wärmetausch steht. Als wärme aufnehmendes Mittel kann der Außenraum, d.h. die Luft des Außenraums dienen, wobei die Luft mit einem Gebläse zuführbar sein kann.

Soll die abgeführte Wärme nicht verloren sein, sondern in Betriebspausen eur Warmhaltung der Speicherbatterie eingesetzt werden können, so grenzt vorteilhaft die zweite Zone des Wärmeübertragers an ein Wärmespeichermittel. Als solches kann Schamotte, Öl oder vorzugsweise ein Salz oder SaIzgemisch benutzt werden, welches im Bereich der Arbeitstemperatur der Speicherzelle einem Phasenwechsel, z.B. Schmelzen, bzw. Erstarren unterliegt. Ein Salz dieser Art ist Natriumnitrat NaNO, oder Natriumhydroxid NaOH.

Wird als wärmeaufnehmendes Mittel Außenluft benutzt, so ist es am einfachsten, wenn die zweite Zone in einem an den

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Enden offenen, etwa vertikalen Schacht angeordnet ist. Durch die Kaminwirkung dieses Schachtes wird nämlich eine verstärkte Luftzirkulation und damit verstärkte Beaufschlagung der zweiten Zone bewirkt.

V/eist die Speicherbatterie wenigstens bereichsweise eine vertikal verlaufende Isolierung auf, so ist es vorteilhaft, daß der Schacht von der Isolierung und einer mit Abstand zu dieser verlaufenden Abschirmwand gebildet ist. Dies ergibt einen sehr einfachen kompakten Aufbau.

Eine besonders bevorzugte Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die sveite Zone mit einer Heizung versehen ist. Hierdurch besteht nämlich die Möglichkeit, den Speichersellen erforderlichenfalls Wärme zuzuführen, wenn diese z.B. bei der ersten Inbetriebnahme, Temperaturen unterhalb der erforderlichen Betriebstemperatur auf v/eisen und daher aufgeheizt werden nüssen. Hierbei dient die zweite Zone als wärmeaufnehmende Zone und die erste Zone gibt diese Warnte an den Zwischenraum bzw. an die Speicherzelle ab. Die Heizung kann aus einem unmittelbar mit der zweiten Zone in Kontakt stehenden, von einem Wärmeträger oder mit Elektrizität beheizten Heizkörper bestehen. Auch kann dieser Heizkörper mit Abstand zur zweiten Zone angeordnet sein und Wärme vom Heizkörper zur zweiten Zone durch Konvektion und Strahlung übertragen.

Sind mehrere Wärmeübertrager bei einer Speicherbatterie vorgesehen, so ist es empfehlenswert, daß die zweite Zone mindestens eines Wärmeübertragers mit wenigstens einer Heizung versehen ist.

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Um nun eine selbsttätige, temperaturabhängige Wärmeübertragung zwischen den beiden Zonen zu erzielen, besteht eine besonders bevorzugte Weiterbildung der Erfindung darin, daß der Wärmeübertrager eine zweite Teilfüllung eines Gases sowie mindestens einen an die zweite Zone sowie vorteilhaft mindestens einen an die erste Zone angeschlossenen Aufnahmeraum für das Gas auf v/eist, wobei die Teilmenge des Gases und der Aufnahmeraum so bemessen sind, daß unterhalb eines vorgegebenen Temperaturwertes die zweite bzw. erste Zone vom Gas zumindest weitgehend ausgefüllt und somit die Wärmeübertragung vollständig oder zumindest fast vollständig verhindert ist, wogegen oberhalb des vorgegebenen Temperaturwertes das Gas vom verdampften Medium zumindest teilweise in den Aufnahmeraum gepreßt und die zweite bzw. erste Zone zum Wärmetausch wenigsten" bereichsweise freigegeben ist. purch das eingebrachte, vorzugsweise inerte Gas, wie Helium, Argon, Stickstoff oder Luft, wird eine gesteuerte Wärmeübertragung möglich, wobei die an beiden Zonen vorgesehenen Aufnahmeräume eine Umkehr der Wärmeübertragungsrichtung mit unverminderter Leistung gestatten-.

Sind in einer Speicherbatterie mehrere Speicherzellen vorgesehen, so weißt vorteilhaft der Wärmeübertrager mehrere erste Zonen auf, wobei vorzugsweise jeder Speicherzelle jeweils mindestens eine erste Zone zugeordnet ist. Auf diese Weise läßt sich ein Temperaturausgleich innerhalb der Wärmeisolierung erzielen, denn in kälteren ersten Zonen kondensiert ein Teil des in wärmeren ersten Zonen verdampften Mediums. Dieser innerhalb der Isolierung stattfindende Wärmeaustausch kann hierbei dem Wärmeaustausch mit dem Außenraum überlagert sein.

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Soll die Speicherbatterie eine möglichst geringe Stellfläche aufweisen, so ist vorteilhaft die zweite Zone -im wesentlichen oberhalb der Speicherbatterie angeordnet. Soll die Speicherbatterie dagegen möglichst geringe Bauhöhe aufweisen, so ist es empfehlenswert, die zweite Zone im wesentlichen seitlich der Speicherbatterie anzubringen.

Am einfachsten ist es, den Wärmeübertrager als Rohr auszubilden, wobei der Querschnitt beliebig sein kann. Auch kann vorteilhaft die erste Zone des Wärmeübertragers mit jeweils wenigstens einer Dampfleitung und Kondensatleitung mit der zweiten Zone zu einem Kreislauf verbunden sein kann. Als Material für den Wärmeübertrager kann korrosionsbeständiger Stahl dienen.

Hierbei ist es zur Verbeserung der Wärmeübertragung günstig, wenn die erste Zone den Hantel der Speicherzelle wenigstens bereichsveise mit geringen Abstand umgreift und vorzugsweise als insbeondere flacher Hohlkörper ausgebildet ist. Ebenso kann die zweite Zone im wesentlichen aus einem vorzugsweise flachen, mit Abstand zur Isolierung angeordneten Hohlkörper bestehen, dessen Profil der Form der Isolierung angepaßt ist.

Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den schematischen Zeichnungen hervor. Hierbei zeigen: Fig. 1 eine elektrochemische Speicherbatterie mit

einem Wärmespeichermedium im vertikalen Schnitt, Fig. 2 eine Ausführungsvariante des Gegenstandes der Figur 1 im Vertikalschnitt,

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Pig. 3 eine elektrochemische Speicherbatterie mit drei Speicherzellen in Seitenansicht und einer Ausführungsvariante "bezüglich der Wärmeübertrager, wobei eine Seitenfläche der Isolierung abgenommen ist,

Fig. 4 eine elektrochemische Speicherbatterie im Vertikalschnitt mit einer Ausführungsvariante des Wärmeübertragers ,

Fig. 5 einen Horizontalschnitt durch Figur 4 gemäß der Schnittlinie V-V,

Fig. 6 einen Vertikalschnitt durch eine Speicherbatterie mit daneben angeordnetem Wärmespeicher, -wobei die Speicherbatterie nur teilweise dargestellt ist und

Fig. 7 eine Ausführungsvarian^e des Gegenstandes der Figur 6.

Gleiche Teile sind in den einzelnen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Gemäß Figur 1 weist die Speicherbatterie 10 eine vertikal angeordnete zylinderförmige Speicherzelle 12 auf. Diese Speicherzelle 12 ist der Einfachheit halber ohne Rücksicht auf ihren speziellen Aufbau nur angedeutet. Wie weiter aus Fig. 1 ersichtlich, ist der Mantel sowie die Deckfläche der Speicherzelle 12 von einem Zwischenraum 14 umgeben, wogegen an der Grundfläche kein Zwischenraum vorgesehen ist, da die Speicherzelle hier auf der Isolierung 1,6 steht. Die Form der Isolierung 15 v/eist eine prismatische Form auf, sie kann gegebenenfalls jedoch auch zylindrisch ausgeführt sein. Der Zwischenraum 14 ist im Bereich des Mantels der Speicherzelle 12 mit einem Wärmespeichermedium 18 ausgefüllt, welches 2.B. aus Schamottematerial oder Salzgemischen oder Flüssigkeit bestehen kann.

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Die Wärmeübertrager 20 sind rohrförmig als heat-pipes ausgebildet, mit einer Querschnittsfläche von etwa 70 bis

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2800 mm. Ihre erste Wärmetausch-Zone 22 erstreckt sich vertikal über die gesamte Höhe des Zwischenraums 14 und ist in das Wärmespeichermedium 18 eingebettet. Die sich anschließende zweite Wärmetausch-Zone 24 verläuft etwa im rechten Winkel zur ersten Zone 22 und mit Abstand zur äußeren Oberfläche der horizontalen oberen Isolierung 16 in Richtung zur vertikalen Symmetrieachse der Speicherbatterie. Am Ende der zweiten Zone 24 ist noch ein etwa vertikal verlaufender Aufnahmeraum 26 für eine Gas-Teilfüllung vorgesehen, deren Funktion später erläutert werden wird. Die zweite Wärmetausch-Zone 24 weist noch die äußere Oberiläche vergrößerende Mittel 28, wie Rippen, Stifte oder Nocken auf. Außerdem ist diese mit einer Heizung 30 versehen, die z.B. als elektrisch beheizter oder wärmeträgerbeheizter Heizkörper ausgebildet sein kann und vorzugsweise in direktem Kontakt mit der zweiten Wärmetausch-Zone 24 steht, Wie aus Fig. 1 weiter zu entnehmen, sind mehrere Wärmeübertrager 20 der gleichen Art vorgesehen, deren zweite Wärmetausch-Zonen 24 etwa zur vertikalen Zentralachse der Speicherbatterie zeigen. Die Anzahl der Wärmeübertrager wird durch die geforderte Wärmeübertragungsieistung bestimmt.

Durch die Wand 34, welche etwa mit dem Mantel der Speicherbatterie fluchtet, wird ein etwa vertikal verlaufender Schacht 32 begrenzt, dessen oberes Ende zum Außenraum 36 offen ist. Die Wand 34- endet hierbei mit solchem Abstand vor dem oberen etwa horizontalenitereich der Isolierung 16, daß ungehindert luft in den Schacht 32 eintreten und die im Innenbereich des Schachtes 32 angeordneten zweiten Wärmetauschzonen 24 umspülen und kühlen kann. Die Zirkulation der Außenluft durch den Schacht 32 ist umso besser,je höher der Schacht ist.

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Elektrochemische Speicherbatterien der hier dargestellten Art arbeiten bei erhöhten Temperaturen, z.B. beträgt die Betriebstemperatur einer/solchen Batterie auf der Basis von Natrium und Schwefel etwa 30O⁰C _f Beim Laden und Entladen treten oft unerwünschte Temperaturerhöhungen auf, die durch den elektrischen Innenwiderstand solcher Batterien verursacht werden.

Um solche unerwünschten Temperaturerhöhungen zu vermeiden, weist die erste Zone 22 der Wärmeübertragereine Teilfüllung eines Mediums auf, das etwas oberhalb der Betriebstemperatur der Speicherbatterie, z.B. 10 bis 8O⁰C verdampft. Der Dampf strömt in die zweite Zone 24 des Wärmeübertragers und gibt dort unter Kondensation Wärme ab, die von der durch den Schacht 32 zirkulierenden Außenluft abgeführt wird. Durch die Kaminwirkung des Schachtes 32 wird hierbei die Luftzufuhr zu den zweiten Zonen 24 verstärkt, so daß eine gute Wärmeabgabe dieser Zonen erfolgt. Dies wird weitgehend unterstützt durch die Mittel 28, welche die äußere Oberfläche dieser Zonen vergrößern.

Um nun eine Selbstregelung der Wärmeübertragung zu erreichen, d.h. um eine Wärmeabfuhr bei Betriebstemperatur und unterhalb der Betriebstemperatur zu vermeiden, weisen die Wärmeübertrager zusätzlich eine Teüfüllung eines vorzugsweise inerten Gases, wie Stickstoff, Helium, Argon oder Luft auf. Diese Teüfüllung ist so bemessen, daß bei Betriebstemperatur ader darunter die zweite Wärmetausch-Zone 24 vom inerten Gas vollständig oder doch weitgehend ausgefüllt und somit eine Zirkulation des verdampften Mediums in dieser zweiten Zone verhindert ist und somit die Wärmeübertragung unterbrochen ist. Steigt die Temperatur des Wärmeübertragers jedoch an,

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so v/ird durch die damit verbundene Expansion des verdampften Mediums das Gas allmählich in den Aufnahmeraum 26 verdrängt und so nach und nach die zweite Wärmetausch-Zone 24 zur Wärmeabgabe freigegeben. Im Grenzfall ist das Gas vollständig in den Aufnahmeraum 26 gedrängt. Fällt die Temperatur der Speicherbatterie, so läuft der Vorgang umgekehrt ab, d.h. das Gas füllt die zweite Wärmetausch-Zone 24 wieder aus, so daß keine Wärmeabgabe an den Außenraum möglich ist.

Das in der zweiten Zone 24 anfällende Kondensat läuft selbsttätig in die tiefer liegende erste Wärmetausch-Zone 22 zurück, hierzu muß zumindest geringes Gefälle zur ersten Wärmetausch-Zone 22 vorhanden sein. Günstiger jedoch ist es, die Innenseite des Wärmeübertragers mit einer KapüLarstruktur zu versehen, welche durch Kapillarwirkung das anfallende Kondensat auch ohne Gefälle in die beheizte Zone zurückleitet.

Es kann natürlich auch der Fall eintreten, daß die Speicherbatterie eine für ihrenöetrieb zu niedrige Temperatur aufweist. In diesem Falle v/erden die Heizungen 30 in Betrieb genommen und die zweite Zone 24 so weit.erhitzt, daß ein Wärmetransport von der ζλ-reiten Zone 24 zur ersten Zone 22 stattfindet. Hierbei v/ird in der zweiten Zone 24 das im Wärmeübertrager vorhandene Medium verdampft und in der ersten Zone 22 unter Wärmeabgabe kondensiert. In diesem Falle übernimmt die im Innern des Wärmeübertragers angeordnete Kapillarstruktur den Rücktransport des kondensierten Mediums von der ersten Zone 22 (Kondensationszone) zur zweiten Zone 24, die Jetzt als Verdampfungszone dient.

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Bei der vorgenannten Wärmezufuhr mittels der Heizung 30 wird das Gas vom Dampf in die erste Wärmetausch-Zone 22 gedrängt und sammelt sich am Ende dieser Zone, so daß diese Zone 22 nicht vollständig -an der Wärmeübertragung teilniihmt. Da die Färmeübertragungsleistung im vorliegenden Betriebsfalle meist geringer ist als bei einer Wärmeabfuhr nach außen, ist dies meist nicht nachteilig. Wird jedoch eine maximal mögliche Wärmeübertragungsieistung gewünscht, so ist am Ende der ersten Wärmetausch-Zone 22 ebenfalls ein Aufnahmeraum 56 vorgesehen, wie dies z.B. in den Figuren 2 und 3 angedeutet ist.

Es leuchtet ein, daß somit auf sehr einfache Weise eine selbsttätige Abfuhr von Überschußwärme und die einfache Möglichkeit der Zufuhr von Aufheizwärme gegeben ist.

In Fig. 2 ist eine Ausführungsvariante einer elektrochemischen Speicherbatterie dargestellt. Gegenüber Fig. 1 bestehen die Unterschiede, daß einmal die Höhe der Speicher2eLle 12 gleich ist der lichten Höhe des Zwischenraums 14, daß ferner im Zwischenraum 14 kein Wärmespeichermedium angeordnet ist, und daß die Wärmeübertrager 40 haarnadelförmig ausgebildet sind mit etwa lotrecht nach unten zeigenden Wärmetausch-Zonen 42 und 44. Der Aufnahmeraum 26 für das inerte Gas ist hierbei in cfer Verlängerung der · zweiten Zone 44» der Aufnahmeraum in der Verlängerung der ersten Zone 42 angeordnet. Die Abschirmwand 46 verläuft hierbei mit Abstand zum vertikalen Bereich der Isolierung 16 und bildet den Schacht 48, der unten und oben offen ist und in dem die zweite Zone 44 vertikal verläuft. Die Abschirmwand 46 folgt hierbei dem Profil der Außenwand der Isolierung 16 mit etwa gleichbleibendem Abstand.

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Die am links dargestellten Wärmeübertrager 40 vorgesehene elektrische Heizung 30 ist wie bei Fig. 1 unmittelbar an diesem befestigt. Die dem rechts dargestellten Wärmeübertrager zugeordnete Heizung hat dagegen als Ausführungsvariante einen vertikalen Abstand zum unteren Ende des Wärmeübertragers, so daß die von der Heizung 50 abgegebene Wärme durch Konvektion und Strahlung übertragen wird.

Die Wirkungsweise der Wärmeübertrager 4~0 ist analog der Wirkungsweise der Wärmeübertrager 20 der Fig. 1. Zu bemerken

auf ist noch, daß der Wärmeübertrager 40 /Ger Innenseite mit einer Kapillarstruktur versehen sein muß, um einen Rücktransport des anfallenden Kondensats zu ermöglichen.

Die Ausführungsvariante gemäß Fig. 3 ist in einer Seitenansicht dargestellt, wobei der zum Betrachter weisende Bereich der Isolierung 16 weggelassen ist, so daß ein Einblick in den Innenraum freigegeben ist. Ebenso ist der vordere Teil der Wand 34 weggelassen, so dc.ß ebenfalls ein Einblick in den Innenraum des Schachtes 32 gewährt wird.

Gemäß Fig. 3 sind drei Speicherzellen 12 mit Abstand nebeneinander angeordnet und von der gemeinsamen Isolierung 16 umgeben. Zur Verbindung des Zwischenraumes 14 mit dem Außenraum 36 ist der Wärmeübertrager 60 vorgesehen. Dieser weist drei Stück etwa vertikal verlaufende und jeweils einer Speicherzelle 12 zugeordnete erste Wärmetausch-Zonen 621, 622, 623 auf, die an eine im oberen Bereich des Zwischenraumes 14 verlaufende Sammelleitung 66 angeschlossen sind. Diese Sammelleitung 66 durchdringt in bekannter Weise die Isolierung 16 in vertikaler Richtung und geht in die etwa

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horizontal mit Abstand zur Isolierung 16 verlaufende zweite Wärmetausch-Zone 64 über. Die Aufnahmeräume 26 und 56 für das inerte Gas sind in aus dem vorausgegangenen Ausführungsbeispiel bekannter Weise vorgesehen, ebenso eine Heizung 30 in zweifacher Ausführung.

Die Ausbildung des Wärmeübertragers 60 mit drei ersten Zonen 621, 622, 623 hat den Vorteil, daß Temperaturunterschiede im Zwischenraum 14 durch diese Zonen ausgeglichen v/erden. Ist z.B. die erste Zone 621 heißer als die erste Zone 622, so setzt ein Wärmetranspürt von der ersten Zone 621 zur kälteren ersten Zone 622 ein. Dieser Wärmetranspürt dauert so lange, bis die Temperaturunterschiede ausgeglichen sind. Diesen inneren Wärmetransρort kann einem WärmetranspDrt nach außen zur/isweiten Zone 64 oder umgekehrt überlagert sein.

Auf alle Fälle müssen auf der Innenseite des Wärmeübertragers 60 Kapillarstrukturell für den Rücktransport des anfallenden Kondensats vorgesehen sein.

In Fig. 4, welche einen Vertikalschnitt durch eine Ausführungsvariante zeigt, und in Fig. 5, welche einen horizontalen Querschnitt gemäß der Schnittlinie V-V durch Fig. 4 darstellt, weist der Wärmeübertrager Wärmetausch-Zonen 82 und 84 auf, welche die Form von flachen Hohlkörpern aufweisen. Die erste Wärmetausch-Zone 82 besitzt etwa die Höhe der Speicherzelle 12 und umgreift deren Kreisprofil etwa auf halbem Umfang mit geringem Abstand, z.B. 2 bis 10 mm (vgl. Fig. 5). Die zweite Wärmetausch-Zone 84 ist in einem vertikalen Schacht 48 angeordnet, der zwischen der Abschirmwand 46 und der vertikalen Außenseite der Isolierung 16 bereichsweise gebildet ist.

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Der obere Bereich der ersten Zone 82 ist über eine Dampfleitung 86,welche die Isolierung durchdringt, mit dem oberen Bereich der zweiten Zone 84 verbunden. Der untere Bereich der zweiten Zone 84 weist eine Kondensatleitung 88 auf, die ebenfalls die Isolierung 16 durchdringt und in den unteren Bereich der ersten Zone 82 mündet, so daß der Wärmetransport im !kreislauf durchgeführt v/erden kann.

In bereits aus den vorangegangenen Ausführungsbeispielen bekannter Weise sind auch hier " Aufnahmeräume 26, 56 für das inerte Gas sowie eine Heizung 30 vorgesehen.

Die AusfülirungsVariante gemäß der Figuren 4 und 5 weist infolge ihrer großen Warmetauschflächen eine besonders gute Wärmeübertragung auf.

In den Fig. 6 und7 ist die zweite Wärmetausch-Zone 94 des Wärmetibertragers 90 in einem Wärmespeichermittel 96 angeordnet, wogegen die erste ¥ärmetausch-Zone 92 in vorbeschriebener Weise in der nur teilweise dargestellten Speicherbatterie angeordnet ist. Das Wärmespeichermittel, vorzugsweise ein Salzgenisch, ist in einem neben der Speicherbatterfe 10 angeordneten, wärmeisolierten Behälter 98 vorgesehen, der unmittelbar an die Speicherbatterie 10 grenzt.

Während Betriebspausen gibt das Wärmespeichermittel 96 Wärme an die Speicherbatterie 10 zurück und vermeidet hierdurch eine zu schnelle Abkühlung. Hierbei kann das Speichermittel zusätzlich zti einem Wärmespeichermedium 18, wie es im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 eingesetzt ist, benutzt v/erden.

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In Fig. 7 ist schließlich eine Ausfuhrungsvariante des
Wärmeübertragers 90 der Fig. 6 dargestellt. Der Unterschied besteht .darin, daß die zweite Wärmetausch-Zone 94 als Rohrregister ausgebildet und mit Dampf- und Kondensatleitungen
an die erste Wärmetausch-Zone 92 zu einem Kreislauf verbunden ist. Die Aufnahmeräume 26, 56 für das inerte Gas sind in
Fig. 7 nicht dargestellt.

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Claims

BFiOVVN, BOVEFiI & CiE · AKTIENGESELLSCHAFT
MANNHEIM

Mp.-Nr. 555/78 Mannheim, den 27. April 1978

ZFE/P1-Wg/Bt

Patentansprüche

/I. / Elektrochemische Speicherbatterie, insbesondere auf der ^ Basis von Alkalimetall und Schwefel, mit wenigstens einer eine Isolierung aufweisenden Speicherzelle und mindestens einem zwischen Speicherzelle und Isolierung angeordneten, gegebenenfalls ein Wärmespeichermedium aufweisenden Zwischenraum, der durch wenigstens einen Wärmeübertrager mit dem Außenraum verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeübertrager (20; 40; 60; 80; 90) als geschlossener, mit einer Teilfüllung eines verdampfbaren Mediums versehener Hohlkörper mit wenigstens zwei Wärmetausch-Zonen (22, 24; 42, 44; 621, 622, 623, 64; 82, 84; 94, 92) ausgebildet ist, von denen wenigstens eine erste Zone (22; 42; 621, 622, 623; 82; 92) wenigstens bereichsweise an den Zwischenraum (14) und mindestens eine zweite Zone (24; 44; 64; 84; 94) wenigstens bereichsweise an mindestens ein wärmeaufnehmendes Mittel grenzt.
2. Speicherbatterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, ! daß wenigstens die zweite Zone (24; 44; 64; 84) die Wärme : übertragende Oberfläche vergrößernde Elemente (28}, wie '■ Rippen, Stifte oder Nocken aufweist.

7ΓΓ P.) (f,7fi 1000'Wi

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3. Speicherbatterie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Zone (24; 44; 64; 84) an den Außenraum (36) grenzt (Fig. 1 bis 5).
4. Speicherbatterie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Zone (94) an ein Wärmespeichermittel (96) grenzt (Fig. 6 und 7).
5. Speicherbatterie nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Zone (24; 44; 64; 84) in einem an den Enden offenen, etwa vertikalen Schacht (32; 48) angeordnet ist.
6. Speicherbatterie nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schacht (48) von einem etwa vertikalen Bereich der Isolierung (16) und einer mit Abstand zu dieser verlaufenden Abschirmwand (46) gebildet ist (Fig. 2 und 4)
7. Speicherbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Zone (24; 44; 64; 84; 94) mit einer Heizung (30; 50) versehen ist.
8. Speicherbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit mehreren Wärmeübertragern,dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Zone (24; 44; 64) wenigstens eines Wärmeübertragers (20; 40; 60) mit einer Heizung (30; 50) versehen ist.
9. Speicherbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeübertrager (20; 40; 60; 80; 90) eine zweite Teilfüllung eines Gases sowie mindestens einen an die zweite Zone (24; 44; 64; 84; 94) sowie vorteilhaft mindestens einen an

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die erste Zone (22; 42; 621, 622, 623, 82; 92) angeschlossenen Aufnahmeraum (26 bzw. 56) für das Gas aufweist, wobei die Teilmenge des Gases und der Aufnahmeraum (26 bzw. 56) so bemessen sind, daß unterhalb eines vorgegebenen Temperaturwertes die zweite bzw. erste Zone vom Gas zumindest weitgehend ausgefüllt und somit die Wärmeübertragung vollständig oder zumindest fast vollständig verhindert ist, wogegen oberhalb des vorgegebenen Temperaturwertes das Gas vom verdampften Medium zumindest teilweise in den Aufnahmeraum (26 bzw. 56) gepreßt und die zweite bzw. erste Zone zum Wärmetausch wenigstens bereichsweise freigegeben ist.
10. Speicherbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 9 mit mehreren Speicherzellen, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeübertrager (60) mehrere erste Zonen (621, 622, 623) aufweist, wobei vorteilhaft jeder Speicherzelle (12)jeweils mindestens eine, erste Zone zugeordnet ist. (Fig. 3) ■
11. Speicherbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Zone (24; 64) im wesentlichen oberhalb der Speicherbatterie (10) angeordnet ist. (Fig. 1 und 3)
12. Speicherbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Zone (44; 84; 94) im wesentlichen seitlich der Speicherbatterie (10) angeordnet ist. (Fig. 2,4, 6 und 7)
13. Speicherbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeübertrager (20; 40; 60; 90) rohrförmig ausgebildet ist. (Fig. 1, 2, 3, 6, 7).

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14. Speicherbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Zone (82) des Wärmeübertragers (80) mit jeweils wenigstens einer Dampfleitung (86) und einer Kondensatleitung (88) mit der zweiten Zone (84) zu einem Kreislauf verbunden ist. (Fig. 4 und 5)
15. Speicherbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Zone (82) den Mantel der Speicherzelle (12) wenigstens bereichsweise mit geringem Abstand umgreift und vorteilhaft als inbesondere flacher Hohlkörper ausgebildet ist (Fig. 4 und 5).
16. Speicherbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Zone (84) im wesentlichen aus einem vorteilhaft flachen mit Abstand zur Isolierung (16) angeordneten Hohlkörper besteht, dessen Profil der Forji der Isolierung angepaßt ist.