Die Erfindung betrifft eine Behältervorrichtung für Metallschmelzen, umfassend mindestens eine Aufnahmekammer für eine Metallschmelze, wobei die min destens eine Aufnahmekammer eine Wandung und einen durch die Wandung begrenzten Aufnahmeraum aufweist.

Die Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeug.

Die DE 197 34 733 Al offenbart einen Hochtemperatur-Akkumulator, bei dem Graphit als Wärmespeichermaterial und als Trägermaterial für andere Wärme speichermaterialien genutzt wird.

Die US 4,512,388 offenbart ein Hochtemperatur-Direktkontakt-Wärme- speicherelement.

Die DE 10 2012 210 957 Al offenbart einen Hochtemperatur-Wärmespeicher, umfassend einen Tiegel, eine Induktionsheizung und eine Rohrleitung für einen flüssigen und/oder gasförmigen Wärmeträger, wobei der Tiegel min destens teilweise mit einem elektrisch leitfähigen Speichermedium gefüllt ist, wobei die Induktionsheizung in bestromtem Zustand das Speichermedium erhitzt und wobei die Rohrleitung mindestens teilweise durch das Speicher medium verläuft.

Die DE 694 16 047 T2 offenbart eine Auskleidung für einen Behälter zum Behandeln einer Metallschmelze.

Die DE 10 2004 032 561 B3 offenbart einen Behälter für eine Metallschmelze.

Die DE 10 2009 006 784 Al offenbart einen Hochtemperatur-Latentwärme speicher. Die DE 20 2005 020 959 Ul offenbart ebenfalls einen Behälter für eine Metall schmelze.

Die DE 20 2012 010 696 Ul offenbart ein Bauteil aus einem keramischen Kompositwerkstoff.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Behältervorrichtung der ein gangs genannten Art bereitzustellen, welche eine hohe Thermoschockbestän digkeit aufweist.

Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Behältervorrichtung erfin dungsgemäß dadurch gelöst, dass die Wandung mindestens in einem Bereich, welcher in Berührung mit der Metallschmelze kommt, aus einem faser verstärkten SiC-Material oder faserverstärkten C-Material hergestellt ist.

Das faserverstärkte SiC-Material (Karbidmaterial) ist ein nichtoxidisches keramisches Verbundmaterial. Es weist im Vergleich zu oxidischen Keramik materialien eine verbesserte Thermoschockbeständigkeit auf. Es weist ferner eine hohe Korrosionsbeständigkeit auf. Eine entsprechende Behältervorrich tung lässt sich dadurch auf vorteilhafte Weise für die Einhausung von Mate rialien verwenden, wenn wiederholt eine Erhitzung eines entsprechenden aufgenommenen Materials unter hohen Heizraten und eine Abkühlung unter hohen Kühlraten erfolgen soll.

Durch die erfindungsgemäße Behältervorrichtung mit entsprechendem Wan dungsmaterial können Metallschmelzen langzeitstabil eingehaust werden. Solche Behältervorrichtungen lassen sich dadurch auf vorteilhafte Weise bei spielsweise in Fahrzeuge integrieren.

Durch die Faserverstärkung des SiC-Materials oder C-Materials lassen sich relativ dünne Wandungen realisieren. Solche Wandungen können auch kom plex geformt sein. Dadurch wiederum ergibt sich eine Gewichtsersparnis für die Behältervorrichtung. Diese lässt sich gewissermaßen in Leichtbauweise realisieren. Es kann dann die Behältervorrichtung auf vorteilhafte Weise in mobilen Anwendungen wie beispielsweise in Fahrzeugen eingesetzt werden.

Es ergibt sich eine hohe Oxidationsresistenz. Dadurch kann die Behälter vorrichtung im Zusammenhang mit Metallschmelzen eingesetzt werden, deren Temperatur im Bereich beispielsweise bis ca. 600°C oder 650°C und insbe sondere bis maximal 1300°C liegen kann.

Insbesondere ergibt sich im Vergleich bezüglich der Einhausung mit oxid keramischen Materialien eine verbesserte mechanische Belastbarkeit und ein verbessertes Sprödbruchverhalten.

Grundsätzlich kann die durch die Behältervorrichtung aufgenommene Metall schmelze ständig im flüssigen Zustand vorliegen, oder sie kann nur zeitweise im flüssigen Zustand vorliegen. Beispielsweise nimmt die Behältervorrichtung ein metallisches Speichermaterial auf, welches ein Phasenwechselmedium ist und beispielsweise bei thermischer Beladung im flüssigen Zustand vorliegt und nach thermischer Entladung im festen Zustand vorliegt. Es lässt sich dann bei spielsweise sowohl latente als auch sensible Wärme speichern.

Die erfindungsgemäße Behältervorrichtung lässt sich stationär oder mobil er setzen .

Günstig ist es, wenn das Wandungsmaterial (das faserverstärkte SiC-Material oder C-Material) mit C-Fasern und/oder SiC-Fasern verstärkt ist. Durch die Faserverstärkung lässt sich die Wandung relativ dünnwandig aus einem kar bidkeramischen Material hersteilen. Es ergibt sich dadurch eine Gewichts ersparnis. Ferner lassen sich auch komplexe Geometrien hersteilen. C-Fasern und SiC-Fasern stehen kostengünstig zur Verfügung. Das entsprechende Wandungsmaterial lässt sich auf relativ kostengünstige Weise hersteilen.

Insbesondere ist das Wandungsmaterial mindestens eines der Folgenden : C/C-SiC (Siliziumcarbid mit C-Fasern und einer freien Kohlenstoff-

Phase);

C-SiC (Siliziumcarbid mit Kohlenstoff-Fasern);

SiC-SiC (Siliziumcarbid mit SiC-Fasern);

C/C (Kohlenstoff mit C-Fasern).

Eine entsprechend hergestellte Behältervorrichtung weist eine hohe Thermo schockbeständigkeit bezüglich der mindestens einen Aufnahmekammer auf. Es liegt eine hohe Oxidationsbeständigkeit vor. Es lässt sich eine langzeitstabile Einhausung von Speichermaterialien, welche mindestens zeitweise Metall schmelzen sind, erreichen.

Günstig ist es, wenn eine Wandstärke eines Wandungsbereichs aus dem Wan dungsmaterial aus faserverstärktem SiC-Material oder C-Material mindestens 1 mm, insbesondere mindestens 2 mm und mindestens insbesondere 2,5 mm beträgt und beispielsweise bei ca. 3 mm liegt. Vorzugsweise liegt die Wand stärke bei höchstens 5 mm. Es lässt sich so eine mechanisch stabile Wandung bereitstellen, wobei eine hohe Thermoschockbeständigkeit erreicht ist. Ferner lässt sich die Wandstärke relativ gering halten, so dass sich die Behältervor richtung mit kleinem Gewicht ausbilden lässt.

Bei einer Ausführungsform ist die mindestens eine Aufnahmekammer aus einer Mehrzahl von Einzelteilen hergestellt, wobei Wandungsteile aus faser verstärktem SiC-Material mittels Fügepaste gefügt sind. Es lässt sich so auf einfache Weise eine Einhausung für die Metallschmelze hersteilen. Insbeson dere werden Einzelteile aus faserverstärktem SiC-Material oder C-Material hergestellt, welche dann nachträglich mittels Fügepaste gefügt werden. Es ist grundsätzlich auch möglich, dass Vorkörper für die Einzelteile hergestellt werden, und dann eine integrale Behandlung (mit der Fügepaste) erfolgt und eine gefügte Kombination hergestellt wird. Insbesondere wird dann diese Kombination aus den Einzelbauteilen siliziert.

Insbesondere ist es vorgesehen, dass die Metallschmelze ausschließlich mit solchen Wandungsbereichen in Berührung kommt, welche aus faserverstärk tem SiC-Material oder C-Material hergestellt sind. Es ergibt sich so eine hohe Thermoschockbeständigkeit insbesondere bezüglich hohen Heizraten und Kühlraten.

Grundsätzlich kann die Behältervorrichtung so eingesetzt werden, dass die aufgenommene Metallschmelze ihren Aggregatszustand nicht ändert. Bei einer Ausführungsform nimmt die Behältervorrichtung ein Phasenwechselmedium als Speichermaterial auf, welches in einem wärmebeladenen Zustand eine Metallschmelze ist. Das Phasenwechselmedium ist ein Metall, welches in der Behältervorrichtung die Aggregatszustände flüssig und fest aufweisen kann. Über ein solches Phasenwechselmedium lässt sich sensible und latente Wärme speichern.

Bei einer Ausführungsform ist die Behältervorrichtung als Wärmespeicher und/oder als Wärmeübertrager ausgebildet. Durch die Ausbildung als Wärme speicher lässt sich sensible (und gegebenenfalls auch latente) Wärme spei chern und dabei langzeitstabil speichern. Über die Ausbildung als Wärmeüber trager lässt sich Wärme aus dem Wärmespeicher zu einer Anwendung über tragen.

Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn eine Wärmeübertragungseinrichtung vorgesehen ist, über welche Wärme in die mindestens eine Aufnahmekammer eintragbar ist, und/oder Wärme aus der mindestens einen Aufnahmekammer austragbar ist. Über die Eintragung von Wärme lässt sich Wärme speichern. Über die Austragung von Wärme lässt sich diese Wärme an einem anderen Ort nutzen. Beispielsweise kann dadurch eine Beheizung an einem Fahrzeug er folgen. Günstig ist es, wenn die Wärmeübertragungseinrichtung ein Arbeitsfluid auf weist, welches insbesondere ein Phasenwechselmedium mit flüssiger Phase und Dampf-Phase ist. Es lässt sich dadurch auf einfache Weise Wärme trans portieren.

Bei einer Ausführungsform bildet die mindestens eine Aufnahmekammer mit der Metallschmelze eine Wärmequelle. Es ist eine Wärmesenke vorgesehen, und es ist eine Strömungsführungseinrichtung für das Arbeitsfluid vorgesehen, wobei die Strömungsführungseinrichtung einen Verdampferabschnitt für das Arbeitsfluid aufweist, welcher thermisch an die Wärmequelle gekoppelt ist und in welchem flüssiges Arbeitsfluid verdampfbar ist, wobei die Strömungsfüh rungseinrichtung einen Kondensatorabschnitt für das Arbeitsfluid aufweist, welcher thermisch an die Wärmesenke gekoppelt ist und in dem dampfför miges Arbeitsfluid kondensierbar ist, wobei die Strömungsführungseinrichtung einen Steigleitungsabschnitt aufweist, welcher bezogen auf eine Strömungs richtung von Arbeitsfluid zwischen dem Kondensatorabschnitt und dem Ver dampferabschnitt angeordnet ist, und wobei die Strömungsführungseinrich tung Arbeitsfluid in einem Kreislauf führt.

Es lässt sich dann ein gerichteter und geregelter Wärmefluss von der Wärme quelle (ausgehend von der mindestens einen Aufnahmekammer) zu der Wärmesenke erreichen. Es ergibt sich eine hohe Übertragungsrate. Es ist eine genaue Regelung des Wärmestroms möglich. In dem Steigleitungsabschnitt wird flüssiges Arbeitsfluid transportiert und beispielsweise nach oben trans portiert. Der Transport erfolgt insbesondere durch eine Pumpe. Es lässt sich dadurch die transportierte Fluidmenge auf einfache Weise einstellen.

Von dem Steigleitungsabschnitt wird Arbeitsfluid in den Verdampferabschnitt gefördert. In dem Verdampferabschnitt erfolgt ein Phasenwechsel. Dampfför miges Arbeitsfluid kann in den Kondensatorabschnitt gelangen. Dort erfolgt wiederum ein Phasenwechsel. Dadurch ist ein Wärmestrom von der Wärme quelle zu der Wärmesenke, welche beabstandet sind, erreicht. An der Wärme- senke kann nutzbare Wärme bereitgestellt werden, beispielsweise zu Heiz zwecken.

Der Wärmetransport von der Wärmequelle zu der Wärmesenke lässt sich gut regeln bzw. einstellen, auch wenn eine Temperaturänderung an der Wärme quelle vorliegt. Die Fluidführung der Strömungsführungseinrichtung ist ener getisch effektiv. Es lassen sich Wärmeverluste gering halten. Die entsprechen de Wärmeübertragungseinrichtung lässt sich kompakt und platzsparend auf bauen. Es ergibt sich eine hohe Wärmeübertragungsrate insbesondere auf grund des Phasenwechsels im Arbeitsfluid. Es ergibt sich ein einfacher Einsatz bei mobilen Anwendungen wie beispielsweise in einem Fahrzeug.

Es wird in diesem Zusammenhang auf die nicht vorveröffentlichte deutsche Patentanmeldung Nr. 10 2019 113 292.4 vom 20. Mai 2019 des gleichen Anmelders verwiesen.

Grundsätzlich ist es möglich, dass über ein Arbeitsfluid Wärme in die mindes tens eine Aufnahmekammer eingetragen wird. Bei einer Ausführungsform ist eine Heizeinrichtung zur Beheizung der mindestens einen Aufnahmekammer vorgesehen. Es lässt sich dadurch insbesondere ein Wärmeaustrag unabhängig von einem Wärmeeintrag durchführen.

Bei einer konstruktiv einfachen Ausführungsform ist die Heizeinrichtung eine elektrische Heizeinrichtung. Es lässt sich so beispielsweise durch Anschluss an eine Ladestation das Speichermedium in der Behältervorrichtung aufheizen und es lässt sich insbesondere eine Metallschmelze erzeugen bzw. im ge schmolzenen Zustand erhalten.

Vorteilhafterweise weist die mindestens eine Aufnahmekammer eine ther mische Isolierungseinrichtung auf, welche außerhalb des Aufnahmeraums angeordnet ist. Es ergibt sich so eine hohe Langzeitstabilität bezüglich der Speicherung einer Metallschmelze. Bei einer Ausführungsform weist die mindestens eine Aufnahmekammer eine Innenwandung und eine Außenwandung auf, wobei insbesondere die Außen wandung die Innenwandung umgibt und der Aufnahmeraum zwischen der Innenwandung und der Außenwandung gebildet ist. Über die Innenwandung lässt sich beispielsweise ein Rohr ausbilden, in dem Arbeitsfluid führbar ist. Die Innenwandung kann beispielsweise auch zur Anordnung einer Heizeinrichtung verwendet werden.

Bei einer Ausführungsform bildet die Innenwandung mindestens teilweise eine Wärmeübertragungseinrichtung, über welche Wärme in die mindestens eine Aufnahmekammer eintragbar ist, und/oder Wärme aus der mindestens einen Aufnahmekammer austragbar ist. Es ergibt sich so ein kompakter Aufbau.

Bei einer Ausführungsform ist an der Innenwandung eine Heizeinrichtung für die mindestens eine Aufnahmekammer angeordnet. Insbesondere ist eine elektrische Heizeinrichtung an der Innenwandung positioniert. Es lässt sich so das Speichermaterial in der mindestens einen Aufnahmekammer beheizen und insbesondere lässt sich eine Metallschmelze (aus festem Metall) hersteilen bzw. es lässt sich eine Metallschmelze erhalten. Es lässt sich auf einfache Weise Wärme in das Speichermedium eintragen.

Insbesondere hat in der mindestens einen Aufnahmekammer aufgenommene Metallschmelze eine Temperatur im Bereich zwischen ca. 100°C und 650°C und insbesondere bis maximal 1300°C. Diese Temperatur ist materialabhän gig. Beispielsweise werden Aluminiumlegierungen wie AlSi 12 eingesetzt, bei denen die Schmelztemperatur bei ca. 600°C liegt.

Eine erfindungsgemäße Behältervorrichtung lässt sich auf vorteilhafte Weise als Wärmequelle insbesondere für ein Fahrzeug verwenden. Es lässt sich lang zeitstabil Wärme in der Behältervorrichtung über die Metallschmelze spei chern. Die Metallschmelze ist in der Behältervorrichtung eingehaust. Falls erforderlich, lässt sich insbesondere unter Verwendung einer Wärmeüber tragungseinrichtung Wärme austragen, die dann beabstandet zu der min- destens einen Aufnahmekammer genutzt werden kann. Beispielsweise kann die entsprechende Wärme für die Beheizung eines Elektro-Fahrzeugs ver wendet werden.

Erfindungsgemäß wird ein Fahrzeug bereitgestellt, welches eine erfindungs gemäße Behältervorrichtung umfasst.

Das Fahrzeug kann ein Landfahrzeug sein, wie ein Automobil, ein Luftfahr zeug, ein Wasserfahrzeug oder auch ein Weltraumfahrzeug wie ein Satellit sein.

Über die Behältervorrichtung lässt sich langzeitstabil Wärme speichern. Diese kann dann, wenn erforderlich, genutzt werden.

Insbesondere ist das Fahrzeug ein Elektro-Fahrzeug mit einer wiederauflad baren Batterie-Einrichtung und/oder mit einem Brennstoffzellen-Antrieb (als Allein-Antrieb oder als Hybrid-Antrieb).

Insbesondere weist das Fahrzeug einen elektrischen Anschluss auf, welcher in wirksamer Verbindung mit einer elektrischen Heizeinrichtung der Behälter vorrichtung ist, wobei über die elektrische Heizeinrichtung die mindestens eine Aufnahmekammer beheizbar ist. Es lässt sich so an einem Fahrzeug Wärme speichern. Diese wird durch die Metallschmelze gespeichert. Wenn erforder lich, kann diese Wärme beispielsweise zu Heizzwecken genutzt werden.

Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zu sammenhang mit den Zeichnungen der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen :

Figur 1 schematisch ein Fahrzeug, in welchem eine erfindungs

gemäße Behältervorrichtung angeordnet ist; Figur 2 einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer er findungsgemäßen Behältervorrichtung;

Figuren 3 bis 5 Varianten von Querschnittsformen von Aufnahmekammern der Behältervorrichtung gemäß Figur 2;

Figur 6 eine Schnittansicht durch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Behältervorrichtung;

Figur 7 eine schematische Schnittansicht eines weiteren Aus

führungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Behälter vorrichtung; und

Figur 8 eine schematische Schnittansicht eines weiteren Aus

führungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Behälter vorrichtung.

Ein Ausführungsbeispiel eines Fahrzeugs, welches in Figur 1 schematisch gezeigt und mit 10 bezeichnet ist, umfasst eine Behältervorrichtung 12. Die Behältervorrichtung 12 dient zur Aufnahme eines Speichermaterials, welches mindestens zeitweise eine Metallschmelze ist, und dabei zur Hochtemperatur- Wärmespeicherung. Insbesondere erfolgt die Wärmespeicherung über die Metallschmelze an der Behältervorrichtung 12 als latente Wärme und sensible Wärme.

Beispiele für Metallschmelzen, die entsprechend zur Wärmespeicherung ein gesetzt werden, sind Aluminium-Legierungen wie AlSi 12.

Das Fahrzeug 10 ist insbesondere ein Elektro-Fahrzeug. Über die Behälter vorrichtung 12 lässt sich dem Fahrzeug nutzbare Wärme beispielsweise zu Heizzwecken bereitstellen. Es werden insbesondere Metallschmelzen mit einer Temperatur von 100°C oder mehr in der Behältervorrichtung 12 aufgenommen. Es können beispiels weise Metallschmelzen mit einer Temperatur von bis zu 600°C oder 650°C und insbesondere bis maximal 1300°C aufgenommen werden.

Bei einer Ausführungsform umfasst die Behältervorrichtung 12 eine elektrische Heizeinrichtung 14. Das Fahrzeug 10 weist einen elektrischen Anschluss 16 auf, welcher in Verbindung mit der elektrischen Heizeinrichtung 14 steht. (Der elektrische Anschluss 16 kann grundsätzlich ein von einem Ladeanschluss für eine Batterieeinrichtung des Fahrzeugs 10 getrennter Anschluss sein, oder in einen Anschluss zur elektrischen Aufladung der Batterieeinrichtung integriert sein.)

Über den elektrischen Anschluss 16 lässt sich die elektrische Heizeinrichtung 14 an eine fahrzeugexterne Ladestation 18 anschließen. Die Ladestation 18 stellt elektrische Energie bereit, um die Behältervorrichtung 12 thermisch zu beladen. Über die elektrische Heizeinrichtung 14 lässt sich die Metallschmelze in der Behältervorrichtung 12 entsprechend heizen, um dadurch thermische Energie zu speichern.

Ein Ausführungsbeispiel einer Behältervorrichtung, welches in Figur 2 schema tisch in einer Schnittansicht gezeigt und mit 20 bezeichnet ist, umfasst eine Aufnahmekammer 22. Die Aufnahmekammer 22 weist eine Wandung 24 auf, welche einen Aufnahmeraum 26 umgibt. In dem Aufnahmeraum 26 ist die Metallschmelze aufgenommen.

Der Aufnahmeraum 26 ist beispielsweise zylindrisch.

An der Aufnahmekammer 22 ist eine Wärmeeintrageeinrichtung (in den Figu ren nicht gezeigt) und eine Wärmeaustrageeinrichtung 27 angeordnet. Letz tere umfasst beispielsweise ein zentrales Rohr 29. Die Behältervorrichtung 20 umfasst eine thermische Isolierungseinrichtung 28, welche der Aufnahmekammer 22 zugeordnet ist und diese umgibt. Die ther mische Isolierungseinrichtung 28 ist außerhalb des Aufnahmeraums 26 an geordnet. Die thermische Isolierungseinrichtung 28 sorgt für eine thermische Isolierung der Behältervorrichtung 20 nach außen hin.

Die Wandung 24 der Aufnahmekammer 22 ist beispielsweise aus einem faser verstärkten SiC (Siliziumcarbid)-Material oder C-Material hergestellt. Die Faserverstärkung kann beispielsweise über C-Fasern (Kohlenstoff-Fasern) oder SiC-Fasern (Siliziumcarbid-Fasern) erfolgen.

Die Wandung 24 ist beispielsweise aus C/C-SiC hergestellt (Siliziumcarbid- material mit Faserverstärkung aus C-Fasern und einer Phase an freiem Koh lenstoff). Sie kann alternativ oder zusätzlich beispielsweise auch aus C-SiC hergestellt sein (Siliziumcarbidmaterial mit Faserverstärkung aus Kohlenstoff- Fasern). Sie kann alternativ oder zusätzlich aus SiC-SiC hergestellt sein (Sili ziumcarbidmaterial mit Faserverstärkung aus Siliziumcarbid-Fasern).

Insbesondere sind Wandungsbereiche der Wandung 24, welche in Kontakt kommen können mit der Metallschmelze, aus dem faserverstärkten SiC-Mate- rial hergestellt.

Alle Wandungsbereiche der Wandung 24, welche in Kontakt mit der Metall schmelze kommen können, sind aus dem faserverstärkten SiC-Material her gestellt.

Insbesondere liegt eine Wandstärke D (vergleiche Figur 2) der Wandung 24 (mindestens für einen Wandungsbereich, welcher mit der Metallschmelze in Berührung kommen kann) bei mindestens 1 mm und vorzugsweise bei min destens 1,5 mm, vorzugsweise bei mindestens 2 mm und vorzugsweise bei mindestens 2,5 mm. Beim konkreten Ausführungsbeispiel liegt die Wandstärke D bei ca. 3 mm. Vorzugsweise liegt die Wandstärke D bei höchstens 6 mm und vorzugsweise bei höchstens 5 mm und vorzugsweise bei höchstens 4 mm.

Durch die Verwendung eines faserverstärkten SiC-Materials als Wandungs material als nichtoxidisches faserverstärktes keramisches Verbundmaterial erhält man eine hohe Thermoschockbeständigkeit insbesondere im Vergleich zu oxidkeramischen Wandmaterialien. Aufgrund einer verbesserten Thermo schockbeständigkeit lässt sich das Speichermaterial in einer Aufnahmekammer 22 mehrmals unter hohen Heizraten und Kühlraten erhitzen bzw. abkühlen.

Die in der Behältervorrichtung aufgenommene Metallschmelze lässt sich dadurch langzeitstabil einhausen und die Behältervorrichtung 12 lässt sich als Langzeit-Wärmespeicher nutzen.

Grundsätzlich lässt sich eine Aufnahmekammer 22 durch die Wandungsausbil dung aus einem faserverstärkten Karbidkeramikmaterial mit relativ geringer Material stärke ausbilden.

Die Metallschmelze reagiert nicht mit dem entsprechenden Wandungsmaterial.

Die entsprechende Behältervorrichtung 12 lässt sich dadurch auf vorteilhafte Weise in mobilen Anwendungen wie einem Fahrzeug 10 einsetzen.

Grundsätzlich wird die Aufnahmekammer 22 aus einer Mehrzahl von Einzel teilen hergestellt, wobei insbesondere die Einzelteile aus faserverstärkten SiC- Material hergestellt sind. Die Einzelteile lassen sich über eine Fügepaste fügen.

Die Fügung kann grundsätzlich an bereits hergestellten Einzelteilen aus faser verstärktem SiC-Material erfolgen, oder die Karbidherstellung kann nach der Fügung erfolgen.

Ein Bauteil aus faserverstärktem SiC wird insbesondere dadurch hergestellt, dass zunächst ein Vorbauteil aus einem Kohlenstoffprecursor-Material mit Faserverstärkung hergestellt wird. Das Kohlenstoffprecursor-Material ist ins- besondere ein Polymermaterial. Dieses Vorbauteil wird einer Pyrolyse unter zogen. Es entsteht dadurch ein offenporöser Kohle nstoffkörper. Dieser offen poröse Kohlenstoffkörper wird mit flüssigem Silizium infiltriert. Beispielsweise wird dazu das LSI-Verfahren (Liquid Silicon Infiltration) angewandt. Das Sili zium reagiert mit dem Kohlenstoff zu SiC. Je nach Herstellungsbedingungen kann eine freie Kohlenstoff-Phase verbleiben oder es erfolgt ein vollständiger Kohlenstoffaufbrauch.

Wie erwähnt können die Fasern beispielsweise C-Fasern oder SiC-Fasern sein.

Erfindungsgemäß wird eine Behältervorrichtung bereitgestellt, welche eine sichere, langzeitstabile Aufbewahrung eines Hochtemperatur-Wärmespeicher materials wie einer Metallschmelze bzw. eines metallischen Phasenwechsel materials mit einer Schmelzphase ermöglicht. Die Wandung 24 ist aus einem Material mit hoher Oxidationsbeständigkeit hergestellt.

Als Speichermaterial wird beispielsweise ein metallisches Phasenwechselmate rial verwendet. Im thermisch beladenen Zustand liegt dieses Speichermaterial als Metallschmelze beispielsweise mit einer Temperatur von bis zu ca. 600°C vor. Ein mögliches Speichermaterial ist AIS112.

Ein Querschnitt einer Aufnahmekammer 22 (Figuren 3 bis 5) kann je nach An wendung unterschiedliche Formen aufweisen. Beispielsweise ist ein Aufnahme raum 26 im Querschnitt rund (Figur 3), oder quadratisch oder rechteckig (Fi gur 4), oder achteckig (Figur 5).

Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Behältervorrichtung, welche in Figur 6 in einer Schnittansicht schematisch gezeigt und mit 30 bezeichnet ist, umfasst eine Aufnahmekammer 32 mit einer Außenwandung 34 und mit einer Innen wandung 36. Die Außenwandung 34 umgibt die Innenwandung 36. Ein Auf nahmeraum 38 ist zwischen der Innenwandung 36 und der Außenwandung 34 gebildet. Die Außenwandung 34 umgibt die Innenwandung 36 vollständig. In dem Aufnahmeraum 38 ist ein Speichermaterial 40 aufgenommen, welches in einem thermisch beladenen Zustand eine Metallschmelze ist.

Der Aufnahmekammer 32 ist eine thermische Isolierungseinrichtung 42 zu geordnet, welche außerhalb des Aufnahmeraums 38 angeordnet ist und die Außenwandung 34 umgibt.

Die Innenwandung 36 und die Außenwandung 34 können in Kontakt mit der Metallschmelze (im flüssigen Zustand des Speichermaterials 40) kommen. Sie sind entsprechend aus einem faserverstärkten SiC-Material hergestellt und weisen insbesondere eine Wanddicke von ca. 3 mm auf.

Die Innenwandung 36 ist rohrförmig ausgebildet. Über sie lässt sich eine Wärmeübertragungseinrichtung 44 realisieren. Über die Wärmeübertragungs einrichtung 44 lässt sich Wärme aus der Aufnahmekammer 32 (und dabei aus dem Speichermaterial 40) auskoppeln. Die entsprechende Behältervorrichtung 30 ist als Wärmespeicher ausgebildet, und aus der Metallschmelze als Spei chermaterial 40 lässt sich Wärme auskoppeln; das Speichermaterial 40 lässt sich thermisch dadurch entladen. Die Wärme kann an einer anderen Stelle genutzt werden, wie beispielsweise zu Heizzwecken für das Fahrzeug 10.

Grundsätzlich kann über die Wärmeübertragungseinrichtung 44 auch Wärme eingekoppelt werden, um das Speichermaterial 40 thermisch zu beladen.

Alternativ oder zusätzlich ist eine Heizeinrichtung 46 vorgesehen (entspre chend der elektrischen Heizeinrichtung 14), über welche sich das Speicher material 40 thermisch beladen lässt.

Die Heizeinrichtung 46 ist an der Innenwandung 36 derart angeordnet, dass entsprechend eine thermische Beladung des Speichermaterials 40 möglich ist.

Grundsätzlich kann (alternativ oder zusätzlich) die Heizeinrichtung 46 auch an der Außenwandung 34 angeordnet sein, direkt im Speichermaterial 40 positio- niert sein oder an einem Deckel oder Boden der Behältervorrichtung 30 ange ordnet sein.

Die Wärmeübertragungseinrichtung 44 wird insbesondere mit einem Arbeits fluid betrieben, welches in einer Strömungseinrichtung strömt und dabei auch in dem durch die Innenwandung 36 gebildeten Rohr strömt.

Eine Ausführungsform einer Behältervorrichtung 98, welche in Figur 7 sche matisch gezeigt ist, umfasst eine Wärmequelle 112 und eine Wärmesenke 114. Eine Wärmeübertragungseinrichtung 100 dient dazu, Wärme von der Wärmequelle 112 abzuführen und dabei an die Wärmesenke 114 abzugeben. Die Wärmequelle 112 ist auf einem höheren Temperaturniveau als die Wärme senke 114.

Die Wärmequelle 112 ist eine Aufnahmekammer 22 bzw. 32 (vgl. Figur 2) mit einer Metallschmelze (insbesondere in einem thermisch beladenen Zustand) als Speichermaterial.

Es ist dabei grundsätzlich möglich, dass die Wärmequelle 112 ein Temperatur niveau aufweist, oder mehrere unterschiedliche Temperaturniveaus aufweist. Die Wärmequelle 112 kann einen konstanten Energieinhalt oder unterschied liche Energieinhalte aufweisen.

Die Wärmeübertragungseinrichtung umfasst eine Strömungsführungseinrich tung 116, in welcher ein Arbeitsfluid strömt. Die Strömungsführungseinrich tung 116 umfasst eine oder mehrere Leitungen. An der Strömungsführungs einrichtung 116 strömt das Arbeitsfluid in einem geschlossenen Kreislauf von einem Bereich, welcher in thermischem Kontakt mit der Wärmequelle 112 steht, zu einem Bereich, welcher in thermischem Kontakt mit der Wärmesenke 114 steht, und von dem Bereich, welcher in thermischem Kontakt mit der Wärmesenke 114 steht, zu dem Bereich, welcher in thermischem Kontakt mit der Wärmequelle 112 steht. Die Strömungsführungseinrichtung 116 ist ein Leitungssystem bzw. Rohr system.

Das Arbeitsfluid ist ein Phasenwechselmedium, welches seine Phase (flüssig dampfförmig) wechseln kann. Beispiele für solche Arbeitsfluide sind Wasser, Methanol, Ethanol.

Die Strömungsführungseinrichtung 116 weist einen Verdampferabschnitt 118 auf. Der Verdampferabschnitt 118 steht in thermischem Kontakt mit der Wär mequelle 112. Die Wärmequelle 112 überträgt Wärme auf den Verdampfer abschnitt 118 und dabei dann auf Arbeitsfluid, welches in den Verdampfer abschnitt 118 strömt.

An dem Verdampferabschnitt 118 wird aus flüssigem Arbeitsfluid dampfför miges Arbeitsfluid erzeugt, wobei die Wärmequelle 112 die dazu notwendige thermische Energie liefert.

An dem Verdampferabschnitt 118 kann eine wärmeübertragende Struktur angeordnet sein, welche von Arbeitsfluid durchströmt ist bzw. an welcher Arbeitsfluid vorbeiströmt. Die wärmeübertragende Struktur dient dazu, eine vergrößerte Kontaktoberfläche an dem Verdampferabschnitt 118 für das Arbeitsfluid zur besseren Wärmeaufnahme bereitzustellen. Sie kann auch zur definierten Fluidführung dienen. Weiterhin kann sie zur Keimbildung für Dampf dienen. Die wärmeübertragende Struktur ist beispielsweise als Gitterstruktur ausgebildet. Es ist beispielsweise auch möglich, dass die wärmeübertragende Struktur eine große Struktur ist, welche von Arbeitsfluid durchströmbar ist. Beispielsweise umfasst die wärmeübertragende Struktur auch Rippen, eine oder mehrere Wendeln oder einen durchström baren Schaum zur Vorbei strömung von Arbeitsfluid.

Die Strömungsführungseinrichtung 116 umfasst ferner einen Steigleitungs abschnitt 124. In dem Steigleitungsabschnitt 124 wird flüssiges Arbeitsfluid befördert und dabei dann dem Verdampferabschnitt 118 zugeführt. Der Strömungsführungseinrichtung 116 ist eine Pumpeneinrichtung mit min destens einer Pumpe 128 zugeordnet. Die Pumpe 128 dient zur Förderung von Arbeitsfluid in der Strömungsführungseinrichtung 116. Insbesondere ist die Pumpe 128 so angeordnet und ausgebildet, dass in dem Steigleitungsabschnitt 124 flüssiges Arbeitsfluid entgegen der Schwerkraftrichtung g befördert wer den kann. Über die Pumpe 128 kann der Fluidmassenstrom des in der Strö mungsführungseinrichtung 116 in dem Kreislauf strömenden Arbeitsfluids ein gestellt werden. Damit kann auch der geförderte Wärmestrom eingestellt wer den.

Die Strömungsführungseinrichtung 116 umfasst ferner einen Kondensator abschnitt 130. Der Kondensatorabschnitt 130 ist thermisch wirksam an die Wärmesenke 114 gekoppelt. Arbeitsfluid, welches in den Kondensatorabschnitt 130 strömt, kann Wärme an die Wärmesenke 114 abgeben. Arbeitsfluid, wel ches den Kondensatorabschnitt 130 durchströmt, kondensiert dort, das heißt in den Kondensatorabschnitt 130 wird dampfförmiges Arbeitsfluid eingekoppelt und flüssiges Arbeitsfluid ausgekoppelt.

Die Pumpe 128 ist bezogen auf eine Strömungsrichtung 134 für Arbeitsfluid in der Strömungsführungseinrichtung 116 insbesondere zwischen dem Konden satorabschnitt 130 und dem Steigleitungsabschnitt 124 angeordnet.

Bei einer Ausführungsform ist zwischen dem Verdampferabschnitt 118 und dem Kondensatorabschnitt 130 ein Verbindungsabschnitt 136 angeordnet. Der Verbindungsabschnitt 136 der Strömungsführungseinrichtung 116 verbindet dabei den Verdampferabschnitt 118 mit dem Kondensatorabschnitt 130, das heißt über ihn wird dampfförmiges Arbeitsfluid dem Kondensatorabschnitt 130 (welcher an die Wärmesenke 114 thermisch gekoppelt ist) zugeführt.

Insbesondere ist der Verbindungsabschnitt 136 so angeordnet, dass er keinen besonderen thermischen Einfluss aufweist; dampfförmiges Arbeitsfluid, wel- ches in dem Verdampferabschnitt 118 erzeugt wurde, durchströmt als dampf förmiges Medium den Verbindungsabschnitt 136 ohne Kondensation.

Bei einer Ausführungsform (Figur 7) ist der Steigleitungsabschnitt 124 inner halb des Verdampferabschnitts 18 angeordnet. Der Verdampferabschnitt 118 umfasst ein erstes Rohr 138. Der Steigleitungsabschnitt 24 umfasst ein zwei tes Rohr 140. Das zweite Rohr 140 ist innerhalb des ersten Rohrs 138 positio niert und dabei insbesondere koaxial mit dem ersten Rohr 138 ausgebildet.

Zwischen dem zweiten Rohr 140 und dem ersten Rohr 138 ist ein Ringraum 142 gebildet. Der Ringraum 142 ist beispielsweise ein Kreis-Ringraum. Er kann auch andere Formen aufweisen. Dieser Ringraum 142 ist Teil des Verdampfer abschnitts 118; in dem Ringraum 142 wird aus flüssigem Arbeitsfluid dampf förmiges Arbeitsfluid durch thermische Kopplung an die Wärmequelle 112 erzeugt.

Es ist dabei ein Überströmungsabschnitt 144 vorgesehen, über welchen ein Innenraum des zweiten Rohrs 140 mit dem Ringraum 142 verbunden ist. Über den Überströmungsabschnitt 144 kann flüssiges Arbeitsfluid aus dem zweiten Rohr 140 in den Ringraum 142 strömen.

Bei einer Ausführungsform ist ein Reservoir vorgesehen. Dieses Reservoir ist zwischen dem Kondensatorabschnitt 130 und der Pumpe 128 angeordnet. In dem Reservoir ist Phasenwechselmedium und insbesondere flüssiges Phasen wechselmedium aufgenommen. Es dient als Pufferspeicher, um insbesondere eine ausreichende Menge an Phasenwechselmedium in der Strömungsfüh rungseinrichtung zu halten. Es kann dabei vorgesehen sein, dass der Konden satorabschnitt 130 das Reservoir speist.

Das Reservoir wird von dem Kondensatorabschnitt 130 gespeist und die Pumpe 128 fördert das Arbeitsfluid in den Verdampferabschnitt 118 über den Steigleitungsabschnitt 124. Die Wärmeübertragungseinrichtung 100 funktioniert wie folgt:

Durch die Pumpe 128 wird flüssiges Arbeitsfluid gefördert. Das flüssige

Arbeitsfluid wird durch den Verdampferabschnitt 118 bereitgestellt. Die Pumpe 128 pumpt das flüssige Arbeitsfluid durch den Steigleitungsabschnitt 124. Von dem Steigleitungsabschnitt 124 tritt flüssiges Arbeitsfluid in den Verdampfer abschnitt 118. Dieser ist thermisch an die Wärmequelle 112 gekoppelt. Es wird in dem Verdampferabschnitt 118 aus dem flüssigen Arbeitsfluid dampfförmiges Arbeitsfluid erzeugt. Dieses strömt in den Verdampferabschnitt 118 und von dem Verbindungsabschnitt 136 in den Kondensatorabschnitt 130. Der Konden satorabschnitt 130 ist an die Wärmesenke 114 thermisch gekoppelt. Das dampfförmige Arbeitsfluid kondensiert in dem Kondensatorabschnitt 130.

Das Arbeitsfluid trägt Wärme von dem Verdampferabschnitt 118 in den Kon densatorabschnitt 130 und damit von der Wärmequelle 112 zu der Wärme senke 114. Es erfolgt eine Wärmeübertragung von der Wärmequelle 112 zu der Wärmesenke 114. An die Wärmesenke 114 lässt sich Wärme beispiels weise zu Heizzwecken (wie in dem Fahrzeug 10) lenken.

Durch die Pumpe 128 lässt sich der Fluidmassenstrom des Arbeitsfluids in der Förderung durch die Strömungsführungseinrichtung 116 einstellen. Damit lässt sich auch der "geförderte" Wärmestrom, das heißt der Wärmestrom, welcher von der Wärmequelle 112 zu der Wärmesenke 114 übertragen wird, einstellen.

Es ist eine Wärmeübertragungseinrichtung 100 zur Übertragung eines

"Wärmestroms" von der Wärmequelle 112 zu der Wärmesenke 114 bereit gestellt, welcher eine energetisch effiziente Fluidführung aufweist. Die Wärme übertragungseinrichtung 100 lässt sich bezüglich der Fluidführung kompakt ausbilden. Es ergibt sich eine hohe Wärmeübertragungsrate aufgrund des Phasenwechsels des Arbeitsfluids. Der Wärmetransport von der Wärmequelle 112 zu der Wärmesenke 114 lässt sich über die Pumpe 128 variabel einstellen bzw. regeln. Grundsätzlich lässt sich die Wärmeübertragungseinrichtung 100 auch mit wechselnden Temperaturen bezogen auf die Wärmequelle 112 betreiben, wobei diese Temperaturen beispielsweise im Bereich zwischen 100°C und 600°C liegen. Es ergibt sich ein einstellbarer bzw. regelbarer Wärmeaustrag und damit eine definierte Wärmeleistung. Insbesondere ist ein Betrieb bei einem optimalen Betriebspunkt für die Verdampfung im Verdampferabschnitt 118 möglich.

Bei der Behältervorrichtung 98 ist der Verdampferabschnitt 118 innerhalb (mindestens teilweise) des Steigleitungsabschnitts 124 angeordnet. Es besteht ein direkter Kontakt zwischen dem Steigleitungsabschnitt 124 und dem Ver dampferabschnitt 118.

Es kann auch ein direkter thermischer Kontakt des Steigleitungsabschnitts 124 mit der Wärmequelle 112 bestehen. Arbeitsfluid steigt dann (außen) in direk tem thermischen Kontakt mit der Wärmequelle 112 nach oben.

Bei einer alternativen Ausführungsform ist der Verdampferabschnitt 118 neben dem Steigleitungsabschnitt 124 angeordnet, wobei ein direkter Kontakt des Steigleitungsabschnitts 124 mit einer Wandung des Verdampferabschnitts 118 vorliegt.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Behälter vorrichtung, welche in Figur 8 schematisch gezeigt und mit 152 bezeichnet ist, umfasst die Strömungsführungseinrichtung 116 einen Verdampferabschnitt 154, welcher thermisch an die Wärmequelle 112 gekoppelt ist, wobei die Wärmequelle 112 ein Wärmespeicher 118 für eine Metallschmelze ist.

Die Strömungsführungseinrichtung 116 umfasst ferner einen Steigleitungs abschnitt 156. Dieser Steigleitungsabschnitt 156 ist nicht thermisch an die Wärmequelle 112 gekoppelt. Bei einer Ausführungsform ist der Steigleitungsabschnitt 156 parallel zu dem Verdampferabschnitt 154 ausgerichtet.

Insbesondere ist der Verdampferabschnitt 154 in dem Wärmespeicher 148 ge führt, und der Steigleitungsabschnitt 156 ist außerhalb des Wärmespeichers 148 geführt.

Der Steigleitungsabschnitt 156 und der Verdampferabschnitt 154 sind durch einen Verbindungsabschnitt 158 verbunden. Über den Verbindungsabschnitt 158 wird aus dem Steigleitungsabschnitt 156 flüssiges Arbeitsfluid dem Ver dampferabschnitt 154 zugeführt.

An dem Verbindungsabschnitt 158 ist ein Regelventil 160 angeordnet. Über dieses Regelventil 160, welches insbesondere zur Mengenregelung ausgebildet ist, lässt sich die Fluidmenge einstellen, welche von dem Steigleitungs abschnitt 156 dem Verdampferabschnitt 154 zugeführt wird. Das Regelventil 160 ist beispielsweise als Proportionalventil ausgebildet oder als Ventil bezüg lich ein/aus (keine Sperrung/Sperrung).

An dem Steigleitungsabschnitt 156 sitzt eine Pumpe 162. Diese Pumpe 162 stellt im Betrieb einen notwendigen Arbeitsdruck bereit.

Zwischen dem Verdampferabschnitt 154 und dem Steigleitungsabschnitt 156 ist ein Kondensatorabschnitt 164 angeordnet, welcher an die Wärmesenke 114 thermisch gekoppelt ist.

Bei der Behältervorrichtung 152 wird außerhalb des Wärmespeichers 148 flüs siges Arbeitsfluid durch die Pumpe 162 in dem Steigleitungsabschnitt 156 nach oben gefördert, durchströmt dann den Verbindungsabschnitt 158 und wird von oben her dem Verdampferabschnitt 154 zugeführt. Bei der Durchströmung des Verdampferabschnitts 154 durchströmt das Arbeitsfluid den Wärmespeicher 148. Das Arbeitsfluid verdampft vollständig oder teilweise. An dem Konden satorabschnitt 164 kondensiert das Arbeitsfluid in flüssiges Arbeitsfluid. Es lässt sich dadurch, wie oben bereits beschrieben, Wärme von der Wärme quelle 112 zu der Wärmesenke 114 übertragen und dort "nutzen".

Wärmeübertragungsvorrichtungen entsprechend der Wärmeübertragungsein richtung 100 sind in der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung Nr. 10 2019 113 292.4 vom 20. Mai 2019 des gleichen Anmelders beschrie ben. Auf diese Anmeldung wird vollinhaltlich Bezug genommen.

Bei den Behältervorrichtungen 98, 152 lässt sich Wärme, welche aus der Metallschmelze als Speichermaterial ausgetragen wird, zu der Wärmesenke 114 übertragen und dort nutzen.

Erfindungsgemäß wird eine Behältervorrichtung bereitgestellt, bei weicher eine eine Metallschmelze einhausende Wandung aus einem faserverstärkten SiC- Material hergestellt ist. Es ergibt sich eine hohe Thermoschockbeständigkeit und eine hohe Oxidationswiderstandsfähigkeit. Durch die Verstärkungsfasern lassen sich auch komplexer geformte Wandungsbereiche hersteilen. Die ent sprechende Behältervorrichtung lässt sich bezüglich der mindestens einen Aufnahmekammer gewissermaßen in Leichtbauweise hersteilen.

Als Speichermaterial für die mindestens eine Aufnahmekammer wird ein Mate rial eingesetzt, welches mindestens zeitweise als Metallschmelze vorliegt. Ins besondere wird ein Phasenwechselmaterial eingesetzt, welches metallisch ist, und welches in einem thermisch beladenen Zustand als Metallschmelze vor liegt.

Es ist grundsätzlich auch möglich, dass als Aufnahmematerial für die min destens eine Aufnahmekammer eine Metallschmelze eingesetzt wird, wobei kein Phasenwechsel stattfindet. Bezugszeichen

10 Fahrzeug

12 Behältervorrichtung

14 elektrische Heizeinrichtung 16 elektrischer Anschluss

18 Ladestation

20 Behältervorrichtung

22 Aufnahmekammer

24 Wandung

26 Aufnahmeraum

27 Wärmeaustrageeinrichtung

28 thermische Isolierungseinrichtung

29 Rohr

30 Behältervorrichtung

32 Aufnahmekammer

34 Außenwandung

36 Innenwandung

38 Aufnahmeraum

40 Speichermaterial

42 thermische Isolierungseinrichtung

44 Wärmeübertragungseinrichtung

46 Heizeinrichtung

98 Behältervorrichtung

100 Wärmeübertragungseinrichtung

112 Wärmequelle

114 Wärmesenke

116 Strömungsführungseinrichtung

118 Verdampferabschnitt

124 Steigleitungsabschnitt

128 Pumpe

130 Kondensatorabschnitt

134 Strömungsrichtung Verbindungsabschnitt erstes Rohr

zweites Rohr

Ringraum

Überströmungsabschnitt Behältervorrichtung Verdampferabschnitt Steigleitungsabschnitt Verbindungsabschnitt Regelventil

Pumpe

Kondensatorabschnitt