Wärmespeicher für Kraftwerksleistungen Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmespeicher zur Speicherung von wenigstens 100 MWh thermischer Energie aus einem relativ wärmeren Gas in einem Ladezustand und zur Abgabe dieser thermischen Energie an ein relativ kälteres Gas in einem Entladezustand . Weiter betrifft die Erfindung ein Ver- fahren zum Laden und Entladen eines solchen Wärmespeichers.

Wärmespeicher zur Speicherung von großen thermischen Energiemengen aus Kraftwerksleistungen, werden typischerweise als saisonale Speicher zur Zwischenspeicherung von Überschuss- energien aus der Energieerzeugung eingesetzt. So kann es sich aus wirtschaftlichen Erwägungen vorteilhaft darstellen, Überschussenergien, welche außerhalb der Spitzenlastzeiten erzeugt werden, in thermischer Form zwischenzuspeichern . Die Überschussenergien können aus der konventionellen Stromerzeu- gung entnommen bzw. auch durch die regenerative Energieerzeugung, insbesondere die thermosolare Energieerzeugung bereitgestellt werden.

Aus der DE 10 2004 019 801 AI ist beispielsweise bekannt, thermische Energie aus einem Gasstrom mittels eines Gas-Sand- Wärmetauschers zwischen zu speichern. Der Wärmeübertrag erfolgt hierbei in einem Schacht, welcher poröse Schachtwände aufweist, die mit einem Gaseinlass bzw. Gasauslass verbunden sind. Innerhalb des Schachtes befindet sich eine Sandstrecke angeordnet, die gewährleistet, dass der darin befindliche Sand mit einer einstellbaren Geschwindigkeit durch den

Schacht bewegt wird. Bei Betrieb des Gas-Sand-Wärmetauschers strömt heißes Gas durch die poröse Schachtwand in den mit Sand befüllten Raum ein und überträgt über direkten Wärmekon- takt die Wärmeenergie teilweise auf die Sandkörner. Daran anschließend kann der so erwärmte Sand in geeigneter Weise gelagert werden und steht einer zeitlich nachfolgenden Wärme- entnähme für etwa eine thermische Rückverstromungsanwendung wieder zur Verfügung.

Nachteilig an einem solchen Wärmespeicher ist jedoch der re- lativ kostenintensive Betrieb einer solchen Anlage, da der

Sand auch bei Entnahme der thermischen Energie erneut manipuliert werden muss, um seine thermische Energie auf ein Strömungsmedium zu übertragen. Weiter kann eine nur relativ geringe Wärmemenge an den Sand als Wärmespeichermedium übertra- gen werden, d.h. dass mit einer relativ hohen Verlustleistung zu rechnen ist. Als weiterer Nachteil stellt sich an einer solchen aus dem Stand der Technik bekannten Anlage dar, dass sie bewegliche Maschinenteile aufweist, die anfällig und damit sehr wartungsintensiv sein können. Dies bedingt wiederum unerwünschte Ausfallzeiten und damit finanzielle Verluste auf Seiten des Betreibers einer solchen Anlage.

Weitere Nachteile der aus dem Stand der Technik bekannten Wärmespeicher liegen in deren hohen Kosten für die Erreichung einer ausreichenden thermischen Isolierung. Gerade bei der Speicherung von thermischer Energie auf einem relativ hohen Temperaturniveau (> 100 °C) im Vergleich zu typischerweise vorherrschenden Umgebungstemperaturen erweisen sich die Kosten für die Bereitstellung einer ausreichenden Isolierung als hoch. Da überdies Wärmespeicher für die Speicherung von Überschussenergien aus Kraftwerksleistungen relativ groß dimensioniert sind, sind die Kosten für die Erreichung einer ausreichenden thermischen Isolierung mitunter dafür entscheidend, ob der Wärmespeicher wirtschaftlich betrieben werden kann oder nicht.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, einen geeigneten Wärmespeicher bereitzustellen, der eine kostengünstige saisonale Speicherung von kraftwerkserzeugten Überschussener- gien ermöglichen kann, jedoch die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu vermeidet. Insbesondere ist es Erfindungsaufgabe, einen Wärmespeicher vorzuschlagen, dessen Kosten für die Bereitstellung einer ausreichenden thermischen Isolierung den wirtschaftlichen Betrieb nicht in Frage stellen .

Die dieser Erfindung zugrunde liegenden Aufgaben werden durch einen Wärmespeicher gemäß Patentanspruch 1 sowie durch ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Wärmespeichers gemäß Patentanspruch 13 gelöst.

Insbesondere werden die Erfindungsaufgaben durch einen Wärme- Speicher zur Speicherung von wenigstens 100 MWh thermischer Energie aus einem relativ wärmeren Gas in einem Ladezustand und zur Abgabe von thermischer Energie an ein relativ kälteres Gas in einem Entladezustand gelöst, welcher in dem Ladezustand zur Einführung des Gases wenigstens eine mit Ein- Strömöffnungen versehene Einströmfläche aufweist, sowie mindestens eine mit Ausströmöffnungen versehene Ausströmfläche zur Abführung des Gases nach der Wärmeabgabe an ein körniges Wärmespeichermedium, wobei die Einströmfläche wenigstens abschnittsweise zu einem Kanal geformt ist, der von der Aus- strömfläche insbesondere vollständig umgeben ist, und wobei zwischen Einströmfläche und Ausströmfläche ein Zwischenraum bestimmt ist, in welchem das körnige Wärmespeichermedium angeordnet ist. Hier und im Folgenden soll die Körnigkeit des Wärmespeichermediums in der Art verstanden werden, dass das Wärmespeichermedium schüttfähig ist, jedoch gleichzeitig einem Gas ausreichend Zwischenraum bietet, um von diesem durchströmt zu werden. Weiter soll die Körnigkeit hinsichtlich der Größenver- teilung der Körner nicht grundsätzlich beschränkt sein. Abgesehen von bevorzugten Ausführungsformen soll die Form und Volumenverteilung einzelner Körner beliebig sein. Erfindungsgemäß wesentlich ist jedoch, dass die Form und Volumenverteilung einzelner Körner ausreichend ist, einen Gasstrom zwi- sehen den einzelnen Körnern zuzulassen. Dieser Gasstrom muss zudem ausreichend groß sein können, um die gewünschte thermische Energie in dem Wärmespeicher deponieren zu können. Überdies wird die Erfindungsaufgabe durch ein Verfahren zum Laden und Entladen eines solchen Wärmespeichers gelöst, wobei zum Laden des Wärmespeichers ein relativ wärmeres Gas in den Kanal eingeströmt wird, so dass dieses durch die Einströmöff- nungen der Einströmfläche hindurchströmt und auf seinem Weg zu den Austrittsöffnungen der Austrittsfläche Wärme an das körnige Wärmespeichermedium abgibt, wobei es als relativ kälteres Gas aus den Austrittsöffnungen ausströmt und aus dem Wärmespeicher abgeleitet wird, und dass zum Entladen des Wär- mespeichers ein relativ kälteres Gas durch die Ausströmöffnungen eingeströmt wird, welches auf seinem Weg durch das körnige Wärmespeichermedium Wärme von dem körnigen Wärmespeichermedium aufnimmt und nach dem Austritt aus den Einströmöffnungen der Einströmfläche als relativ wärmeres Gas zur Verfügung steht.

Die von einem Kraftwerk erzeugten Überschussenergien sollen also erfindungsgemäß durch ein gasförmiges Wärmeübertragungs- medium an ein geeignetes festes Wärmespeichermedium übertra- gen werden. Das Wärmeübertragungsmedium kann die von ihm transportierte Wärme auf unterschiedliche Art und Weise erhalten haben. So ist etwa denkbar, dass das gasförmige Wärmeübertragungsmedium einem Abgas entnommen ist, und so die überschüssige Prozesswärme, etwa eines Verbrennungsprozesses, an das Wärmespeichermedium überträgt. Ebenso ist es auch denkbar, dass die zu speichernde thermische Energie einem sekundären Erzeugungsprozess , etwa einem Kompressorprozess zur Wärmeerzeugung, entstammt, wobei dieser Erzeugungsprozess selbst mit Überschussenergie versorgt wird.

Erfindungsgemäß soll der Wärmespeicher zur Speicherung von wenigstens 100 MWh thermischer Energie geeignet sein. Derartig große Mengen an Energie fallen typischerweise nur in Verbindung mit Leistungen an, die durch Kraftwerke erzeugt wer- den, in deren Einsatzgebiet die vorliegende Erfindung auch fällt . _.

Nach erfolgter Speicherung kann die zwischengespeicherte Wärmemenge wieder einem weiteren Kraftwerksprozess bzw. Energie- erzeugungsprozess zur Nutzung zugeführt werden. Auf diese Weise kann mit zeitlicher Verzögerung die Energie aus dem Wärmespeicher abgerufen werden, und steht bei Bedarf zur erneuten Energieerzeugung bereit.

Der erfindungsgemäße Wärmespeicher wird in Bezug auf seine Bestandteile aus der Sicht des Ladezustandes beschrieben. Dies stellt jedoch hinsichtlich der Offenbarung des Wärmespeichers keine Einschränkung dar, da es dem Fachmann verständlich ist, dass bei Umkehrung des Ladezustands, also bei einem Entladezustand, die einzelnen Bestandteile des Wärmespeichers ihre grundsätzliche Funktionsfähigkeit aufrecht erhalten. Strömt also während eines Ladezustandes Gas durch die Einströmöffnungen der Einströmfläche, so ist es dem Fachmann verständlich, dass während des Entladezustandes die Einströmfläche die Funktion einer Ausströmfläche sowie die Einströmöffnungen die Funktionen von Ausströmöffnungen erfüllen. Für eine verbesserte Verständnisfähigkeit sei dennoch die Beschreibung einzelner Bestandteile des Wärmespeichers aus der Sicht des Ladezustandes beschrieben.

Der erfindungsgemäße Wärmespeicher erlaubt mittels direkten Wärmeübertrags Energie von dem relativ wärmeren Gas zu übernehmen, und an das körnige Wärmespeichermedium zu übertragen. Hierbei strömt das relativ wärmere Gas durch die Einströmöffnungen der Einströmfläche in den Zwischenraum, in welchen das körnige Wärmespeichermedium angeordnet ist. Aufgrund eines gewünscht einzustellenden Gasdrucks strömt das relativ wärmere Gas durch die Freiräume, welche das Wärmespeichermedium aufgrund seiner Körnigkeit aufweist. Nachdem das relativ wärmere Gas unter Wärmeabgabe den gesamten Zwischenraum durchströmt hat, gelangt es an die Ausströmfläche und wird über die Ausströmöffnungen in dieser abgeführt. Aufgrund einer kontinuierlichen Wärmeabgabe bildet sich in den Bereichen des Wärmespeichermediums, die näher an dem Kanal der Einströmfläche angeordnet sind, ein höheres Temperaturniveau aus, als in den Bereichen, welche näher an der Ausströmfläche angeordnet sind. Damit stellt sich ein gewünschtes Temperaturgefälle ein, solange keine vollständige Aufladung des Wärmespeichers erreicht ist.

Da der Wärmespeicher zur Zwischenspeicherung von erzeugten Überschussenergien vorgesehen ist, wird eine vollständige Aufladung des Wärmespeichers typischerweise nicht erreicht. Vielmehr weist der Wärmespeicher während seines Betriebes ei- ne gewünschte, oben beschriebene Temperaturverteilung in dem Wärmespeichermedium auf. Dadurch wirken jedoch die Bereiche, die näher an der Ausströmfläche des Zwischenraumes angeordnet sind, hinsichtlich der Wärmeverluste aus den näher an dem Kanal der Einströmfläche angeordneten Bereichen wie ein Wärme- isolator. Die äußeren, relativ kälteren Bereiche dieses mit dem körnigen Wärmespeichermedium gefüllten Zwischenraumes verhindern also einen Wärmeübertrag aus den relativ wärmeren inneren Bereichen, die näher an dem Kanal der Einströmfläche angeordnet sind. Dies hat einerseits zur Folge, dass der Wär- mespeicher insgesamt einen geringeren Isolationsaufwand erfordert, da ein geringerer Wärmeübertrag durch die Außenbereiche des mit dem Wärmespeichermedium gefüllten Zwischenraumes zu erwarten ist. Insbesondere dann, wenn der Wärmespeicher mit einer vorbestimmten Wärmemenge geladen wurde, jedoch keine weitere Wärmezufuhr über ein Gas mehr erfolgt, ist es erforderlich, die in dem Wärmespeicher aufgenommene Energie so effizient wie möglich zurückzuhalten, bis zu einem späteren Zeitpunkt bei Entladung des Wärmespeichers diese Energie wieder an ein relativ kälteres Gas abgegeben werden kann.

Die Speicherung der erzeugten Überschussenergien kann jedoch mitunter die Speicherung dieser Wärmemengen für viele Stunden oder auch Tage erforderlich machen. Da es sich bei den Überschussenergien aus Kraftwerksleistungen um verhältnismäßig große Energiemengen handelt, erfolgt die Energiespeicherung typischerweise auch auf einem relativ hohen Temperaturniveau (> 100 °C) . Um diese Wärmeenergiemengen auch etwa für die Dampferzeugung in einem Kraftwerkprozess bereitstellen zu können, ist eine Speicherung auf einem Temperaturniveau von typischerweise mehr als 400 °C erforderlich. Aufgrund der ho- hen Temperaturdifferenz im Vergleich zu der natürlichen Umgebungstemperatur sind merkbare Wärmeenergieverluste aus dem Wärmespeicher zu befürchten, wenn nicht eine geeignete Isolierung gewählt werden kann. Insofern stellt es sich auch als wesentlich dar, die mitunter ohnehin bereits relativ großen Wärmespeicher effizient gegen einen solchen Wärmeverlust zu isolieren. Aufgrund der erfindungsgemäß vorgesehenen Geometrie bzw. relativer Anordnung von Einströmfläche zu Ausströmfläche wird eine Wärmeverteilung in dem im Zwischenraum angeordneten körnigen Wärmespeichermedium erzeugt, die einen zu- sätzlichen gewünschten Isolationseffekt in Bezug auf die Bereiche aufweist, die ein relativ hohes Temperaturniveau bereits aufweisen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Wärmespeicher zur Anordnung auf dem Erdboden vorgesehen. Aufgrund der darin zu speichernden Wärmeenergiemengen ist der Wärmespeicher mit relativ großen Mengen an körnigem Wärmespeichermedium zu be- füllen, wobei bevorzugt solches Material als Wärmespeichermedium vorgesehen werden soll, welches ortsüblich und lokal verfügbar ist.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmespeichers kann vorgesehen sein, dass der Kanal der Einströmfläche eine erste Symmetrie aufweist, die mit einer zweiten Symmetrie wenigstens eines vorbestimmten Abschnittes der Ausströmfläche, welche den Kanal der Einströmfläche umgibt, überein stimmt. Aufgrund der übereinstimmenden Symmetrie der Einström- sowie der Ausströmfläche kann sich ein wenigstens bereichsweise ebenfalls symmetrisch aus- gebildetes Temperaturfeld in dem körnigen Wärmespeichermedium einstellen. Die Symmetrie dieses Temperaturfeldes verringert weiterhin einen Wärmeverlust, da die Bereiche relativ höherer Temperatur und Bereiche relativ niedrigerer Temperatur des körnigen Wärmespeichermediums besser lokalisiert sind. So ist etwa auch die Ausbildung von Hotspots, die eine unerwünschte effiziente Wärmeabgabe nach außen bewirken könnten, weniger wahrscheinlich als bei einem unsymmetrischen Gesamtaufbau.

Eine ebenfalls geeignete Temperaturverteilung kann sich einstellen, wenn ausführungsgemäß der Kanal der Einströmfläche eine erste Symmetrieachse aufweist, deren Anordnung in dem Wärmespeicher mit einer zweiten Symmetrieachse wenigstens ei- nes vorbestimmten Abschnittes der Ausströmfläche, welcher den Kanal der Einströmfläche umgibt, überein stimmt. Diese ebenfalls bevorzugte Ausführungsform gewährleistet eine zusätzlich verbesserte symmetrische Ausbildung des Temperaturfeldes innerhalb des Zwischenraums, der mit dem körnigen Wärmespei - chermedium gefüllt ist. Durch das Zusammenfallen beider Symmetrieachsen (erste Symmetrieachse und zweite Symmetrieachse) bildet sich ein zu diesen Symmetrieachsen ebenfalls symmetrisches Temperaturverteilungsfeld aus, und gewährleistet eine gewünschte definierte Temperaturverteilung. So ist es etwa vorteilhaft, wenn der relativ wärmere, näher an dem Kanal der Einströmfläche angeordnete Bereich des Zwischenraumes symmetrisch von den relativ kälteren Bereichen näher an der Ausströmfläche umgeben ist, um so eine gleichmäßige isolierende Wirkung auf die relativ wärmeren Bereiche zu bewirken.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Kanal der Einströmfläche wie auch der wenigstens eine, diesen umgebende Abschnitt der Ausströmfläche, eine ZylinderSymmetrie aufweisen und der Abschnitt der Aus- strömfläche relativ zu der Einströmfläche koaxial angeordnet ist. Die zylindersymmetrische Ausformung von Einströmfläche und Ausströmfläche in Verbindung mit einer koaxialen Anordnung beider relativ zueinander, gewährleistet eine besonders gleichmäßige Temperaturverteilung innerhalb des körnigen Wär- mespeichermediums in dem Zwischenraum des Wärmespeichers. Dadurch wird ebenfalls eine relativ einheitliche und definierte kältere Zone, die näher an der Ausströmfläche angeordnet ist, um eine relativ wärmere Zone, die näher an dem Kanal der Ein- strömfläche angeordnet ist, ausgebildet und wirkt dem Wärmeverlust vergleichbar einer Isolationsschicht entgegen. Weiterhin kann auch während eines Entladezustandes des Wärmespeichers eine gleichmäßige Gastemperatur gewährleistet wer- den, da eine gleichmäßige Wärmeabgabe aus dem Wärmespeicher unabhängig von der Richtung, aus welcher das Gas in den Kanal der Einströmfläche strömt, gewährleistet ist.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmespeichers kann der Kanal der Einströmfläche einseitig endständig verschlossen sein, wobei der endständige Verschluss insbesondere Einströmöffnungen aufweist. Aufgrund des Verschlusses wird gewährleistet, dass das gesamte in den Kanal der Einströmfläche einströmende Gas durch die Einström- Öffnungen in den Zwischenraum des Wärmespeichers überführt wird. Durch die geometrische Anordnung des Verschlusses wird darüber hinaus Einfluss auf das sich ausbildende Temperaturprofil in dem Wärmespeicher während des Ladezustandes genommen. Durch das Vorsehen von Einströmöffnungen in dem Ver- schluss können so auch unterhalb des Verschlusses angeordnete Bereiche, die mit körnigem Wärmespeichermedium gefüllt sind, zur Wärmespeicherung genutzt werden. Hierbei ist anzumerken, dass bei Anordnung des Wärmespeichers auf dem Erdboden das Höhenniveau des Verschlusses nicht das Erdbodenniveau errei- chen sollte. Die geeignete Höhe, auf welcher der Verschluss angeordnet werden kann, um dennoch einen möglichst effizienten Wärmeübertrag in den Wärmespeicher zu sichern, ergibt sich aus zahlreichen geometrischen, wie auch Verfahrensparametern .

Gemäß einer weiteren, ebenfalls bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, ist die Anzahl der Einströmöffnungen pro Flächeneinheit in dem Kanal in Flussrichtung des einströmenden Gases zunehmend. Demnach sind relativ mehr Einströmöffnungen pro Flächeneinheit abstromseitig in dem Kanal angeordnet. Dadurch kann Konvektionserscheinungen in dem Wärmespeicher entgegengewirkt werden, die eine Verformung des Temperaturverteilungsfeldes bewirken. Reicht etwa der Kanal der Einström- fläche der Richtung des Erdanziehungsfeldes folgend von oben nach unten in einem auf dem Erdboden angeordneten Wärmespeicher, wird sich bevorzugt weiter oben im Zwischenraum eine Verbreiterung des Temperaturverteilungsprofils einstellen, da die relativ wärmere Luft im Vergleich zu der schweren, relativ kälteren Luft nach oben steigt. Vor allem dann, wenn die Flussgeschwindigkeiten des relativ wärmeren Gases in dem körnigen Wärmespeichermedium verhältnismäßig gering sind (bspw. 0,1 bis 0,2 m/sec) machen sich Konvektionserscheinungen in dem sich ausbildenden Temperaturprofil bemerkbar. Um also diese Bereiche mit weniger Wärme zu versorgen, strömt in dem ausführungsgemäßen Kanal weniger Gasvolumen pro Zeit in diese Bereiche direkt ein. Relativ mehr Gas wird durch die erhöhte Anzahl der Einströmöffnungen pro Flächeneinheit in dem abstromseitigen Bereich des Kanals in den Wärmespeicher abgegeben. Dadurch bildet sich in diesen Bereichen bevorzugt eine höhere Temperatur durch eine vermehrte Wärmeübertragung an das körnige Wärmespeichermedium aus. Zwar strömt das in diesen Bereichen befindliche Gas ebenfalls durch Konvektion in die darüber gelegenen Bereiche ein, doch wird insgesamt weniger Wärme in den relativ weiter oben liegenden Bereichen des Zwischenraums des Wärmetauschers deponiert. Folglich stellt sich ein weniger durch den Konvektionseinfluss verzerrtes Temperaturprofil ein.

Entsprechend einer alternativen Ausführungsform kann ebenfalls vorgesehen sein, dass die Größe der Einströmöffnungen pro Flächeneinheit in dem Kanal in Flussrichtung des einströmenden Gases zunimmt. Die Vorteile einer solchen Anordnung entsprechen denen der vorangegangenen Ausführungsform .

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Wärmespeichers ist vorgesehen, dass der Kanal, welcher durch die Einströmfläche gebildet ist, einen geradlinigen Verlauf auf- weist, welcher in dem Wärmespeicher insbesondere parallel zur Richtung des Erdanziehungsfeldes ausgerichtet ist. Durch diese Ausrichtung sind die Effekte der Konvektion innerhalb des Wärmespeichers relativ symmetrisch und gleich verteilt, und ihnen kann durch einfach anzuwendende Maßnahmen entgegengewirkt werden. Folglich erlaubt eine solche Anordnung wiederum die Ausbildung eines relativ gleich verteilten bzw. symmetrischen Temperaturverteilungsfeldes innerhalb des Wärmespei - chers .

Entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Einströmfläche eine metallische Fläche, insbesondere eine Fläche aus Stahl ist, welche mit ersten Aussparungen als Eintrittsöffnungen versehen ist. Alternative Materialien hierzu können Ziegel, Keramik bzw. Glas sein. Bevorzugt ist jedoch eine metallische Fläche, da diese einerseits kostengünstig bereitzustellen ist, andererseits auch den Anforderungen an die Betriebstemperatur und die mechani- sehen Eigenschaften genügt. So ist es bspw. erforderlich, dass die Einströmfläche wenigstens teilweise das in dem Zwischenraum befindliche körnige Wärmespeichermedium abstützt. Durch die von dem Wärmespeicher mitunter umfassten großen Mengen an körnigem Wärmespeichermedium sind die dabei auftre- tenden Kräfte auf die Einströmfläche beachtlich, so dass diese mechanisch sehr widerstandsfähig ausgebildet sein muss. Metall eignet sich hierzu besonders.

Entsprechend einer weiteren Ausführungsform des erfindungsge- mäßen Wärmespeichers kann das körnige Wärmespeichermedium eine Schüttung aus Gestein umfassen. So können bspw. Kieselsteine genauso verwendet werden wie Bruchstücke aus Stein oder Ziegelabfälle. Diese sind leicht zu beschaffen und kostengünstig. Selbst Metallabfälle können aber als körniges Wärmespeichermedium geeignet sein, da sie einerseits eine große Wärmekapazität aufweisen, jedoch andererseits auch ausreichend Freiräume für den Gasfluss bereitstellen können. Bevorzugt werden in dem Wärmespeicher lokal verfügbare Medien verwandt. Aufgrund der von dem Wärmespeicher umfassten rela- tiv großen Mengen an Wärmespeichermedium eignen sich insbesondere Abfall bzw. kostengünstige Baumaterialien wie Steine. Um diese dennoch vorteilhaft in dem Wärmespeicher bzw. dem Zwischenraum des Wärmespeichers zu verteilen, ist es erfor- derlich, dass diese schüttfähig bzw. wenigstens verteilungsfähig sind. Ein schüttfähiges und gleichzeitiges körniges Wärmespeichermedium umfasst einzelne Körner, bspw. ein Bruchstück aus Stein, welche von anderen Bestandteilen individua- lisiert sind.

Entsprechend einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Schüttung des körnigen Wärmespeichermediums eine durchschnittliche Korngröße von wenigstens 1 cm im Durchmesser aufweist, bevorzugt eine durchschnittliche Korngröße von wenigstens 3 cm im Durchmesser. Derartige Korngrößen erlauben die Ausbildung von ausreichend großen Freiräumen zwischen einzelnen Körnern, so dass das relativ wärmere Gas, welches zur Wärmeabgabe in den Wär- mespeicher eingeströmt wird, ohne übermäßigen Strömungswiderstand das körnige Wärmespeichermedium durchströmen kann. Dies trifft insbesondere zu auf Strömungswiderstände bei Strömungsgeschwindigkeiten des Gases von 0,1 bis 0,5 m/sec. Eine weiterführende vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wärmespeichers ist dann erreicht, wenn die

Schüttung des körnigen Wärmespeichermediums in dem Wärmespeicher schichtweise angeordnet ist und zwischen den einzelnen Schichten eine gasundurchlässige Konvektionssperre für das Gas vorgesehen ist. Die Schichten können sich hierbei über den gesamten Zwischenraum des Wärmespeichers erstrecken oder jedoch nur über Teile. Die Konvektionssperren können überdies auch als teilweise gasdurchlässige Konvektionssperren ausgebildet sein. Maßgeblich ist lediglich, dass die Konvektions- sperren eine Umleitung des konvektierenden Gases ermöglichen. So sind bspw. die Konvektionssperren so vorgesehen, dass das Gas während des Konvektionsvorganges auf die Konvektionssperren trifft und von diesen in andere Bereiche abgeleitet wird. Insbesondere wenn die Konvektionssperren horizontal angeord- net sind, kann eine effiziente Konvektionsverhinderung durch die Sperren erreicht werden. Durch die Konvektionssperren wird das in den Wärmespeicher eingeströmte Gas derart umgeleitet, dass es der Ausbildung eines durch die Konvektion übermäßig verformten Temperaturverteilungsniveaus entgegenwirkt. Dadurch nämlich, dass das relativ wärmere durch die Einströmöffnungen der Einströmfläche einströmende Gas nicht durch die Konvektion frei entgegen der Schwerkraft sich bewe- gen kann, sondern durch die Konvektionssperren geleitet wird, kann der Ausbildung eines geeigneten Temperaturverteilungsprofils Vorschub geleistet werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfin- dung kann die Ausströmfläche eine metallische Fläche, insbesondere eine Fläche aus Stahl sein, welche mit zweiten Aussparungen als Austrittsöffnungen versehen ist. Wie bereits bei der Einströmfläche, kann alternativ die Ausströmfläche ebenfalls aus Ziegel, Keramik bzw. Glas sein. Aufgrund der für die Ausströmfläche vorzusehenden hohen Kosten bei Verwendung anderer Materialien, ist Metall das bevorzugte Material.

Entsprechend einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Einströmfläche und/oder die Ausströmfläche das körnige Wärmespeichermedium durch Kontakt abstützen. Die Einströmfläche bzw. die Ausströmfläche muss also ausreichend mechanische Stützkräfte aufnehmen können, um das körnige Wärmespeichermedium abzustützen. Hierbei ist es dem Fachmann natürlich verständlich, dass die von der Einströmfläche umfass- ten Einströmöffnungen und die von der Ausströmfläche umfass- ten Ausströmöffnungen lediglich nur so groß gewählt werden dürfen, dass einerseits der Gasfluss nicht wesentlich behindert ist, und andererseits das körnige Wärmespeichermedium nicht durch die Einströmfläche bzw. Ausströmfläche hindurch treten kann. Die Wahl einer geeigneten Größe der Einströmöffnungen und der Ausströmöffnungen ist dem Fachmann verständlich. Ausführungsgemäß könnten auch die Einströmöffnungen bzw. Ausströmöffnungen mit geeigneten Gittern verkleidet sein .

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Wärmespeicher wenigstens 10 m, bevorzugt wenigstens 15 m in seiner Höhenausdehnung und wenigstens 30 m, bevorzugt wenigstens 45 m in seiner Breitenausdehnung. Insbesondere ist die Breitenausdehnung des Wärmespeichers größer als seine Höhenausdehnung. Entsprechend einer besonders bevorzugten Ausführungsform entspricht die Breitenausdehnung einer diametralen Breitenausdehnung. So kann einerseits gewährleistet werden, dass der Wärmespeicher ausreichende Wärmemengen zur Speicherung von Überschussenergie aus einem Kraftwerksprozess speichern kann, andererseits aber hinsichtlich seines Platzbedarfes weitgehend gering gehalten werden kann. Ebenso ist es denkbar, die Wärmespeicher so weit in einer Vertiefung im Erdboden abzusenken, dass sie aus diesem nicht mehr hervorstehen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Wärmespeichers ist vorgesehen, dass die Ausströmfläche von einer thermischen Isolierung umgeben ist, die von der dem körnigen Wärmespeichermedium abgewandten Seite der Ausströmfläche beabstandet ist, und so zwischen der Ausströmfläche und sich selbst einen Abströmkanal bestimmt, durch welchen das aus den Ausströmöffnungen austretende Gas abgeleitet werden kann. In diesem Abströmkanal wird das aus dem Zwischenraum des Wärmespeichers austretende relativ kältere Gas abgeleitet. Aufgrund der typischerweise austretenden Gasmengen bildet sich ein Gasstrom aus, welcher die Ausströmfläche umgibt und gleichzeitig eine isolierende Wirkung auf diese ausübt. Insbesondere wenn das aus den Ausströmöffnungen austretende Gas durch die Ausströmöffnungen gleichmäßig verteilt ist, kann der sich ausbildende Luftstrom vorteilhaft als zusätzliche Isolierschicht im gesamten Isolationskonzept des Wärmespeichers berücksichtigt werden .

Weiter ist zu berücksichtigen, dass das relativ kältere aus den Ausströmöffnungen austretende Gas seine Energie bereits auf dem Weg durch den Zwischenraum des Wärmespeichers wenig- stens teilweise abgegeben hat, und somit ein geringeres Temperaturniveau aufweist. Demnach sind die Anforderungen an die thermische Isolierung auch dahingehend geringer, als dass sie bei relativ geringeren Temperaturen zerstörungsfrei die Iso- lation des Wärmespeichers gewährleisten sollen. Anders kann es sich mitunter bei den thermischen Isolierungen darstellen, welche den Zwischenraum des Wärmespeichers nach oben hin gegen das nach oben konvektierende Gas begrenzen müssen. Da sich in dem Zwischenraum typischerweise in den oberen Bereichen aufgrund der Gaskonvektion höhere Temperaturen einstellen, sind dort auch thermische Isolationsmittel vorzusehen, welche diesen größeren Temperaturen standhalten können, jedoch gleichzeitig eine gute Isolierung gewährleisten.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass die thermische Isolierung zu dem von einem wenigstens bereichsweise gasdichten Gehäuse umgeben ist. Dieses wenigstens bereichsweise gasdichte Gehäuse gewährleistet, dass das aus den Ausströmöffnungen der Ausströmfläche austretende Gas auch bei unerwünschtem Durchtritt durch eine thermische Isolierung nicht aus dem Wärmespeicher in unkontrollierter Weise ausströmen kann. Insbesondere unterstützt das Gehäuse die Ausbildung einer definierten Gas- Strömung zwischen der Ausströmfläche und der thermischen Isolierung bzw. zwischen der Ausströmfläche und dem gasdichten Gehäuse .

Entsprechend einer weiteren ebenfalls bevorzugten Ausfüh- rungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die der Ausströmfläche zugewandte Seite des Kanals der Einströmfläche von der Ausströmfläche um wenigstens 15 m, bevorzugt um wenigstens 20 m beabstandet ist. Demgemäß beträgt der von dem relativ wärmeren Gas in dem Zwischenraum des Wärmetauschers zurückzulegende Weg, wenigstens 15 m bzw. vorzugsweise 20 m. Aufgrund der großen Strömungswege kann gewährleistet werden, dass das relativ wärmere Gas beim Einströmen in den Zwischenraum des Wärmespeichers einen Großteil seiner Energie an das körnige Wärmespeichermedium überträgt. Zudem gewährleisten diese Strömungswege die Speicherung von großen Mengen an Wärmeenergie, die auch in der Lage sind, bei einem Entladevorgang Kraftwerksprozesse anzutreiben. Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass zum Laden des Wärmespeichers das relativ wärmere Gas mit einem Massenstrom von mindestens 10 kg/sec insbesondere von mindestens 40 kg/sec in den Wärmespeicher eingeströmt wird. Besonders bevorzugt sind diese Massenstromwerte für Luft als Gas. Dadurch kann einerseits beim Laden des Wärmespeichers gewährleistet werden, dass ausreichend große Mengen in den Wärmespeicher eingetragen werden können, andererseits kann die Effizienz eines derart betriebenen Wärmespeichers deutlich gesteigert werden .

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass beim Laden der Wärmespeicher nicht voll- ständig aufgeladen, insbesondere höchstens auf 70% der möglichen Energieaufnahmemenge bei einem vorbestimmten Temperaturniveau des relativ wärmeren Gases aufgeladen wird. Entsprechend anderer geeigneter Ausführungsformen kann die Aufladung des Wärmespeichers auf höchstens 90% oder 80% bzw. auch auf höchstens 60% oder 50% der maximal möglichen Energieaufnähme- menge erfolgen. Diese Obergrenzen entsprechen ausführungsgemäß einer maximal gewünschten Aufladung des Wärmespeichers. Durch das Vermeiden der vollständigen Aufladung des Wärmespeichers kann insbesondere gewährleistet werden, dass die Bereiche des mit dem körnigen Wärmespeichermedium gefüllten Zwischenraums, die näher an der Ausströmfläche angeordnet sind, eine geeignete Wärmeisolationsschicht für die Bereiche darstellen können, die näher an der Einströmfläche angeordnet sind, da sie relativ kälter sind und somit weniger exergeti- sehe Verluste aufweisen. Wird die Aufladung ausführungsgemäß nicht bis zu einem maximal möglichen Wert (d.h. eine vollständige Aufladung mit im Wesentlichen einer Temperaturgleichverteilung innerhalb des mit dem körnigen Wärmespeichermedium gefüllten Zwischenraums) voran getrieben, können die relativ kälteren Bereiche des mit dem körnigen Wärmespeichermedium gefüllten Zwischenraums eine vorteilhafte thermische Isolation in Bezug auf die relativ wärmeren Bereiche des mit dem körnigen Wärmespeichermedium gefüllten Zwischenraums ausüben .

Entsprechend einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens kann auch vorgesehen sein, dass sich während des Ladens bzw. in einem Ladezustand zwischen der Einströmfläche und der Ausströmfläche ein Temperaturabfall hin zu der Ausströmfläche ausbildet bzw. ausgebildet hat. Der Ladezustand ist hierbei insbesondere ein Zustand, in welchem die Aufladung nicht bis zu einem maximal möglichen Wert (d.h. im Wesentlichen der Temperaturgleichverteilung innerhalb des mit dem körnigen Wärmespeichermedium gefüllten Zwischenraums) erfolgt ist. Ausführungsgemäß bilden sich dann relativ kältere Bereiche aus, die auf die relativ wärmeren Bereiche des mit dem körni- gen Wärmespeichermedium gefüllten Zwischenraums wärmeisolierend wirken und so einem exergetischen Energieverlust entgegen wirken können. Ausführungsgemäß kann der Temperaturabfall derart sein, dass zwischen der Einströmfläche und der Ausströmfläche eine Temperaturdifferenz von wenigstens 25%, be- vorzugt von wenigstens 50% vorliegt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass sich während des Ladens bzw. in einem Ladezustand eine Temperaturverteilung zwischen der Einströmfläche und der Ausströmfläche ausbildet bzw. ausgebildet hat, die nicht linear verläuft. Ein solcher Verlauf kann wiederum dazu beitragen, dass relativ kältere Bereiche in dem mit dem körnigen Wärmespeichermedium gefüllten Zwischenraum auf die relativ wärmeren Bereiche des Zwischenraums wärmeisolierend wirken und so einem exergetischen Energieverlust entgegen wirken können. Durch eine geeignete Temperaturverteilung kann der exergetische Energieverlust vorteilhaft eingestellt werden.

Nachfolgend werden anhand von Figuren konkrete Ausführungs- beispiele der vorliegenden Erfindung im Einzelnen beschrieben. Hierbei ist die Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt, sondern beansprucht die erfindungsgemäße Idee in seiner allgemeinsten Form. Zudem werden die einzelnen in den nachfolgenden Figuren dargestellten Merkmale in Verbindung mit den anderen gezeigten Merkmalen wie auch als Einzelmerkmale beansprucht . Ferner ist darauf hinzuweisen, dass die in den nachfolgenden Figuren dargestellten Ausführungsformen lediglich schematische Darstellungen sind. Einschränkungen hinsichtlich der Funktionsfähigkeit bzw. der Konkretisierbarkeit lassen sich hieraus nicht ableiten.

Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen

Wärmespeichers in einer seitlichen Querschnittansicht ;

Fig. 2 eine Querschnittansicht von oben durch den in Figur

1 gezeigten Wärmespeicher; Fig. 3 den Kanal der Einströmfläche, wie er etwa in den dargestellten Ausführungsformen zum Einsatz kommen kann;

Fig . 4 eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen

Wärmespeichers in einer seitlichen Querschnittansicht ;

Fig . 5 den Verlauf zweier unterschiedlicher Wärmevertei- lungsprofile , welche sich nach Laden des Wärmespeichers einstellen können, einbeschrieben in die äußeren Begrenzungen des Wärmespeichers;

6 ein schematisches Flussdiagram zur Darstellung einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ; Fig. 7 ein schematisches Flussdiagram zur Darstellung einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ; Fig. 1 zeigt eine seitliche Schnittansicht durch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wärmespeichers 1, welcher zum Einströmen eines relativ wärmeren Gases 2 eine mit Einströmöffnungen 11 versehene Einströmfläche 10 aufweist, die zu einem Kanal 12 ausgeformt ist. Während eines Ladevorganges fließt Gas 2 in den Kanal 12 ein und tritt durch die Einströmöffnungen 11 in den Zwischenraum 30 des Wärmespeichers 1 ein. Aufgrund von direktem Wärmeübertrag wird die thermische Energie des Gases wenigstens teilweise an das sich in dem Zwischenraum 30 befindliche Wärmespeicherme- dium 40 übertragen. Das Wärmespeichermedium 40 weist eine geeignete Körnigkeit auf, so dass das Gas 2 durch die Freiräume zwischen den einzelnen Körnern des Wärmespeichermediums 40 fließen bzw. strömen kann. Der Kanal 12 kann je nach Ausführungsform geeignete Einströmöffnungen aufweisen. Insbesondere kann der Kanal 12 durch einen Verschluss 13 endständig abgeschlossen sein, wobei der Verschluss 13 selbst mit Aussparungen bzw. Öffnungen zum Ausströmen des Gases 2 versehen sein kann . Das aus dem Kanal 12 ausgetretene und in den Zwischenraum 30 überführte Gas 2 strömt aufgrund eines sich in dem Wärmespeicher aufbauenden Gasdruckes in die von dem Kanal 12 weiter entfernt angeordneten Bereiche des Zwischenraums 30 und gelangt schließlich an die Ausströmfläche 20 in welcher Aus- Strömöffnungen 21 vorgesehen sind. Auf seinem Weg dorthin gibt das ursprünglich relativ wärmere Gas 2 seine Wärmeenergie an das körnige Wärmespeichermedium 40 teilweise ab und tritt als relativ kälteres Gas 2 aus den Ausströmöffnungen der Ausströmfläche 20 aus, um abgeleitet zu werden. Die Aus- strömfläche 20 ist zur geeigneten Wärmeisolation von einer thermischen Isolierung 50 umgeben und bildet zwischen sich und der thermischen Isolierung 50 einen Abströmkanal 60 aus. In diesem Abströmkanal 60 wird das aus den Ausströmöffnungen 21 austretende relativ kältere Gas 2 abgeleitet und bildet folglich eine Strömungsschicht aus, welche zusätzlich eine isolierende Wirkung auf den Zwischenraum ausübt. Um den Gasverlust aus dem Wärmespeicher 1 zu verhindern, kann die ther- mische Isolierung 50 weiterhin von einem wenigstens teilweise gasundurchlässigen Gehäuse 70 umgeben sein, welches neben der Funktion eines mechanischen Schutzes auch die Gasdichtigkeit gewährleisten kann. Wie an der Darstellung erkannt werden kann, weist der Kanal

12 eine zylindersymmetrische Form auf, welche eine erste Symmetrieachse SA1 hat. Ebenfalls weist die Ausströmfläche 20 eine ZylinderSymmetrie auf, deren zweite Symmetrieachse SA2 mit der ersten Symmetrieachse SA1 des Kanals 12 zusammen- fällt. Der zylindersymmetrische Kanal 12 und die zylindersymmetrische Ausströmfläche 20 sind also koaxial zueinander angeordnet. Dadurch ist gewährleistet, dass beim Laden des Wärmespeichers 1 sich ein ebenfalls zylindersymmetrisches Temperaturverteilungsprofil in dem Zwischenraum 30 des Wärmespei- chers 1 einstellt. Einerseits hat dies den Vorteil, dass die nahe der Ausströmfläche 20 angeordneten, relativ kälteren Bereiche des Wärmespeichermediums 40 in dem Zwischenraum 30 gleichmäßig um die wärmeren Bereiche des Wärmespeichermediums 40 nahe des Kanals 12 verteilt sind. Die sich daraus ergeben- de vorteilhafte Isolationswirkung verhindert einen Wärmeverlust aus den relativ wärmeren, nahe am Kanal 12 angeordneten Bereichen. Folglich sind an die thermische Isolierung 50 geringere Anforderungen zu stellen als es der Fall wäre, wenn die relativ wärmeren Bereiche des Wärmespeichermediums 40 na- he an der Anströmfläche 20 angeordnet wären. Demzufolge verringern sich die Material- wie auch die Bereitstellungskosten. Eine höherwertige Isolierung ist jedoch ausführungsgemäß für die thermische Abdeckung 55 zu wählen, die höheren Temperaturen ausgesetzt ist. Diese höheren Temperaturen stel- len sich in erster Linie in Folge von Konvektion des während des Ladezustandes in den Kanal 12 eingeströmten Gases ein. Da durch die Konvektion des Gases in dem Zwischenraum 30 vermehrt wärmeres Gas sich unter der thermischen Abdeckung 55 ansammelt, wird in diesen Bereichen auch ein höheres Temperaturniveau erreicht. Demzufolge sind die Anforderungen an die thermische Abdeckung 55 höher als an die thermische Isolierung 50. Wird also bspw. die thermische Isolierung 50 mittels einer KunststoffSchicht erreicht, so können für die thermische Abdeckung 55 mitunter nur feuerfeste Steine (Schamott) vorgesehen werden.

Fig. 2 zeigt eine Querschnittansicht durch den in Fig. 1 dar- gestellten Wärmespeicher 1 von oben. Deutlich zu sehen ist hier die zylindersymmetrische Formung des Kanals 12 wie auch der Ausströmfläche 20. Lediglich schematisch sind die in dem Zwischenraum 30 angeordneten Körner des Wärmespeichermediums 40 dargestellt. Diese Körner des Wärmespeichermediums 40 kön- nen bspw. eine geeignete Schüttung aus Gestein darstellen. Typischerweise ist der gesamte Zwischenraum 30 zwischen der Einströmfläche des Kanals 12 und der Ausströmfläche 20 von dem Wärmespeichermedium 40 ausgefüllt. Die Befüllung kann im Wesentlichen gleichmäßig ausgeführt sein. Denkbar ist jedoch auch, das Vorsehen von Kanälen in dem Wärmespeichermedium 40, die einen schnelleren Fluss des Gases 2 unterstützen. Dadurch mag zwar der Wärmeübertrag an das Wärmespeichermedium 40 nicht mehr vergleichbar effizient erfolgen, jedoch kann auf diese Weise der Flusswiderstand geeignet vermindert werden.

Fig. 3 zeigt eine schematische Ansicht von der Seite auf einen Kanal 12 der Einströmfläche 10, welche eine Anzahl von Einströmöffnungen 11 aufweist. Der dargestellte Kanal kann bspw. in der in den vorhergehenden Figuren 1 und 2 darge- stellten Ausführungsform des Wärmespeichers 1 zum Einsatz gelangen. Insbesondere ist an dem Kanal 12 eine gemäß der gezeigten Darstellung von oben nach unten verlaufende Zunahme an Einströmungen 11 pro Flächeneinheit dargestellt. Ist der Kanal 12 entsprechend einer Orientierung in dem Wärmespeicher 1 gemäß der Fig. 1 und 2 vorgesehen, würde verhältnismäßig weniger Gas beim Eintritt in den Kanal 12 in den oberen Bereichen austreten, jedoch vermehrt Gas in den unteren Bereichen des Kanals 12. Damit kann ein geringerer Wärmeeintrag in die Bereiche, die nahe an den Einströmöffnungen 11 im oberen Bereich des Kanals 12 angeordnet sind, gewährleistet werden, jedoch relativ ein vergrößerter Eintrag in die Bereiche, die nahe den Einströmöffnungen 11 im unteren Bereich des Kanals 12 angeordnet sind. Aufgrund der Konvektion des in dem Zwischenraum 30 sich einstellenden Strömungsgefälles, steigt relativ wärmeres Gas von unten nach oben auf, wobei es gleichzeitig von dem Kanal 12 hin zu der Ausströmfläche 20 strömt. Dadurch wird Wärme aus den unteren Bereichen in die oberen Bereiche überführt, wobei sich bei Berücksichtigung des ursprünglich geringeren Eintrags durch die geringere Anzahl an Einströmöffnungen 11 pro Flächeneinheit im oberen Bereich des Kanals 12 ein gleichmäßigeres Temperaturprofil ausbilden lässt .

Um diesen Konvektionseffekten entgegenzuwirken, kann auch vorgesehen sein, den Zwischenraum 30 des Wärmespeichers 1 schichtenweise zu befüllen, wobei zwischen einzelnen Schichten Konvektionssperren 45 vorgesehen sind. Solche sind in Fig. 4 dargestellt. Diese Konvektionssperren 45 können aus gasundurchlässigem oder aus nur teilweise gasdurchlässigem Material bestehen. Um die in den Zwischenraum 30 eingebrachten Mengen an relativ wärmeren Gas 2 geeignet zu leiten, um den Konvektionseffekten entgegenzuwirken, können die Konvek- tionssperren 45 in gleichmäßigen Abständen voneinander oder aber auch in ungleichmäßigen Abständen voneinander angeordnet sein. Weiter können die Konvektionssperren 45 sich über die gesamte Bereite des Zwischenraums des Wärmespeichers 1 erstrecken oder aber auch nur über Teilbereiche davon. Zudem kann es vorteilhaft sein, die Konvektionssperren nicht horizontal zueinander auszurichten, sondern eine gewinkelte Anordnung zueinander vorzunehmen. Dadurch kann eine gezielte Leitung des in dem Zwischenraum 30 befindlichen relativ wärmeren Gases 2 besser möglich sein.

Fig. 5 zeigt zwei unterschiedliche Wärmeverteilungskurven (WV1 und WV2), die schematisch einer Ausführungsform des Wärmespeichers 1 gemäß dem in Fig. 1 bzw. Fig. 4 gezeigten Wär- mespeicher 1 einbeschrieben sind. Die erste Wärmeverteilungskurve WVl wie auch die zweite Wärmeverteilungskurve WV2 ergeben sich als Isotherme durch den Zwischenraum 30 des Wärmespeichers 1 im Querschnitt. Bspw. entspricht diese Isotherme dem Temperaturniveau von 200 °C, bzw. eine anderen anzugebenden Temperatur. Wie leicht zu sehen ist, erstreckt sich die erste Wärmeverteilungskurve WVl nahe der thermischen Abdeckung 55 weiter in Richtung der Ausströmungsfläche 20 als die zweite Wärmeverteilungskurve WV2. Dieser Effekt stellt sich etwa ein, wenn aufgrund von verstärkter Konvektion des relativ wärmeren Gases in dem Zwischenraum 30 das Gas nach oben steigt, und in relativ weiter oben angeordneten Bereichen von dem im Zwischenraum 30 herrschenden Gasdruck in Richtung der Ausströmfläche 20 bewegt wird. Dieser Konvektionsbewegung des wärmeren Gases 2 kann dadurch begegnet werden, dass in den Zwischenraum 30, wie bspw. in Fig. 4 gezeigt, Konvektions- sperren 45 vorgesehen sind, die eine freie Konvektion von unten nach oben nicht mehr zulassen, sondern das Gas gezielt in vorbestimmte Richtungen leiten. Werden solche Konvektions- sperren 45 vorgesehen, kann also vermieden werden, dass vermehrt Wärme durch Konvektion aus den unteren Bereichen in die oberen Bereiche des Zwischenraums 30 transportiert wird. Die zweite Wärmeverteilungskurve WV2 , die also einen Fall mit verbesserter Wärmeverteilung veranschaulicht, zeigt, dass na- he der thermischen Abdeckung 55 die Kurve im Vergleich zur ersten Wärmeverteilungskurve weniger nahe an die Ausströmfläche 20 heranreicht. Im Gegensatz dazu, werden jedoch diese durch Konvektion nicht transportierten Wärmemengen in den unteren Bereichen des Zwischenraums 30 deponiert. Demzufolge weist auch die zweite Wärmeverteilungskurve WV2 im Vergleich zur ersten Wärmeverteilungskurve WVl unterhalb des Kanals 12 eine stärkere seitliche Ausdehnung auf.

Die in Fig. 5 dargestellten Wärmeverteilungskurven WVl und WV2 sind lediglich schematisch zu verstehen und entstammen nicht einer thermodynamisch exakten Berechnung. Dennoch verdeutlichen sie ausreichend, welchen Einfluss die Konvektion auf die Wärmeverteilung innerhalb des Wärmespeichers nehmen kann .

Wie bereits in den vorhergehenden Figuren 1 und 4 durch die Doppelpfeile angedeutet, welche den Fluss des Gases 2 veranschaulichen sollen, kann der Wärmespeicher 1 sowohl in einem Lade- als auch in einem Entladezustand betrieben werden. Im Ladezustand fließt relativ wärmeres Gas 2 in den Kanal 12 ein und strömt durch den Zwischenraum 30 zu der Ausströmfläche 20. Wird der Wärmespeicher 1 jedoch im Entladezustand betrieben, fließt relativ kälteres Gas über den Abströmkanal 60 durch die Ausströmöffnungen 21 der Ausströmfläche 20 ein und nimmt während seines Weges durch den Zwischenraum 30 von dem Wärmespeichermedium 40 Wärme auf, wonach ein relativ wärmeres Gas in den Kanal 12 der Einströmfläche 10 einströmt und aus diesem entnommen werden kann. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde jedoch der Ladezustand bevorzugt betrachtet.

Fig. 6 zeigt ein schematisches Flussdiagram zur Darstellung einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Hierbei wird zum Laden des Wärmespeichers relativ wärmeres Gas 2 in den Kanal 12 der Einströmfläche 10 eines Wärmetauschers 1 eingeströmt. Das Einströmen wird zu einem Zeitpunkt beendet, der vor einem Zeitpunkt liegt, zu welchem der Wärmespeicher 1 vollständig aufgeladen wäre. Dieser Zustand ist der ausführungsgemäße Ladezustand. Damit wird gewährleistet, dass das körnige Wärmespeichermedium 40 im Zwischenraum 30 zwischen Einströmfläche 10 und Ausströmfläche 20 Bereiche aufweist, welche relativ kälter sind als andere. Diese rela- tiv kälteren Bereiche sind geeignet, die relativ wärmeren Bereiche, die näher an der Einströmfläche 10 angeordnet sind, thermisch zu isolieren.

Fig. 7 zeigt ein schematisches Flussdiagram zur Darstellung einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Demgemäß wird zum Laden des Wärmespeichers relativ wärmeres Gas 2 in den Kanal 12 der Einströmfläche 10 geströmt. Das Einströmen wird zu einem Zeitpunkt beendet, zu welchem ein Temperaturabfall zwischen der Einströmfläche 10 und der Ausströmfläche 20 im Wärmespeichermedium 40 vorliegt. Dieser Zustand ist der ausführungsgemäße Ladezustand. Damit wird gewährleistet, dass das körnige Wärmespeichermedium 40 im Zwi- schenraum 30 zwischen Einströmfläche 10 und Ausströmfläche 20 Bereiche aufweist, welche relativ kälter sind als andere. Diese relativ kälteren Bereiche sind geeignet, die relativ wärmeren Bereiche, die näher an der Einströmfläche 10 angeordnet sind, thermisch zu isolieren.

Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen .