Als Hochtemperaturspeichermaterial kann beispielsweise Graphit (Carbon) gewählt werden, da dieses Material neben einer hohen Wärmekapazität von ca.

2 J/gK für den Temperaturbereich 1000°C-3000°C auch eine Temperatur- beständigkeit von über 3000°C aufweist. Ebenso ist es möglich, als Hochtemperaturspeichermaterial Metallschmelzen, z. B. Alkalimetallschmelzen, einzusetzen die innerhalb des Akkumulatorsystems in verschiedenen Aggregatzuständen vorliegen können. Alkalimetalle haben bei 1000 °C Wärmekapazitäten von ca. 1500 J/KgK für Natrium bis ca. 5000 J/KgK bei Lithium. Insbesondere bei Übergängen zwischen den Aggregatzuständen, also beispielsweise von der überhitzten flüssigen in die dampfförmige Phase, können große Energiemengen im Bereich von 2 kWh, oder 5 kWh pro Liter gespeicherte Energie freigesetzt werden.

Bei einem Hochtemperatur-Akkumulator, bei dem beispielsweise Graphit als Hochtemperaturspeichermedium eingesetzt wird, kann der die Wärmeenergie speichernde Graphitkern als Block einer beliebigen Form ausgebildet werden.

Ein auf Metallschmelzen beruhender Hochtemperatur-Akkumulator ist beispielsweise derart aufgebaut, dass die die Wärmeenergie speichernde Metallschmelze von einem Graphithohlkörper umschlossen ist. Ein derartiger Hochtemperatur-Akkumulator ist beispielsweise in der W099/07 804 beschrieben.

Ein Problem bei den genannten Hochtemperatur-Akkumulatoren ist darin zu sehen, die gespeicherte Wärmeenergie zum einen in großer Menge innerhalb kürzester Zeit zur Nutzung bereitzustellen und zum anderen die gespeicherte Energie möglichst vollständig, d. h. mit einem sehr hohen Wirkungsgrad zur Verfügung zustellen.

Gerade der Wirkungsgrad eines derartigen Hochtemperatur-Akkumulators wird maßgeblich von der Art der Isolierung gegenüber der Umgebung mit beeinflußt.

So muss beispielsweise ein Hochtemperatur-Akkumulator der beschriebenen Art mit erheblichen Isolationsmaterialmengen von einer Kerntemperatur im Bereich von etwa 3000°C auf Umgebungstemperatur in Höhe von nur etwa 30°C herunterisoliert werden.

Durch die Güte dieses Isolationsmaterials bemißt sich maßgeblich die Verlustwärmemenge, die sich negativ auf den gesamten Wirkungsgrad des Akkumulators auswirkt. Darüber hinaus müssen für eine Isolierung von etwa 3000°C auf 30°C erhebliche Mengen an Isolationsmaterial um den heißen Speichermaterialkern angeordnet werden, was einen Hochtemperatur- Akkumulator der beschriebenen Art zum einen kostspielig macht und zum anderen aufgrund der voluminösen Isolierung eine erhebliche Baugröße verursacht.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Hochtemperatur-Akkumulator der beschriebenen Art derart zu verbessern, dass zum einen die gespeicherte Wärmeenergie innerhalb kürzester Zeit möglichst vollständig nutzbar gemacht werden kann und zum anderen der Wirkungsgrad eines Hochtemperatur- Akkumulators, insbesondere im konkreten Anwendungsfall, vergrößert wird.

Diese Aufgabe wird zum einen dadurch gelöst, dass das Isolationsmaterial welches das Hochtemperatürspeichermaterial zur Isolierung gegenüber der Umgebung umgibt, in wenigstens zwei Isolationsmaterialschichten unterteilt ist und die im Grenzbereich zwischen zwei Isolationsschichten anfallende Wärmeenergie mittels wenigstens einem Wärmeleitmittel aus dem Hochtemperatur-Akkumulator herausleitbar ist. Dieses Prinzip der Isolierung ist prinzipiell auf alle heißen Gegenstände anwendbar, die gegenüber der Umgebung isoliert werden sollen.

Bei Verwendung von nur zwei Isolationsmaterialschichten können die Materialien z. B. bestehen aus : 1. ) einem Hochtemperatur-Isolator wie beispielsweise Flammruß mit einem mikroporösen Aufbau oder Printex 95, die eine Wärmeleitfähigkeit von ca. 0,12 W/mK bei 1500 °C aufweisen und 2. ) einem Niedertemperatur-Isolator (für Temperaturen bis 1000°C) wie beispielsweise Wacker WDS aus hochdisperser Kieselsäure mit einem um den Faktor 5 bis 10 besseren Isolationswert (ca. 0,02 W/mK bei Raumtemperatur bis ca. 0,045 W/mK bei 800 °C) wie der Hochtemperaturisolator.

Die Aufgabe wird weiterhin dadurch gelöst, dass bei einem Hochtemperatur- Akkumulator, der beispielsweise ein als Festkörper ausgebildetes Hochtemperaturspeichermaterial umfaßt, innerhalb des Hochtemperaturspeichermaterials wenigstens ein Wärmeleitmittel (8) angeordnet ist, insbesondere um dem Hochtemperaturspeichermaterial (2) die gespeicherte Wärmeenergie zu entziehen bzw. den auftretenden Wärmestrom aus dem Hochtemperaturspeichermaterial (2) auszulenken.

Hierfür kann das Hochtemperaturspeichermaterial z. B. in mehrere Schichten unterteilt sein, wobei zwischen jeder Schicht wenigstens ein Wärmeleitmittel angeordnet ist, um dem Hochtemperaturspeichermaterial die gespeicherte Wärmeenergie zu entziehen. Auch kann das Speichermaterial mit Bohrungen versehen sein, in die Wärmeleitmittel eingeführt sind, um einen optimalen Wärmeentzug zu gewährleisten.

Bei einem Hochtemperatur-Akkumulator des oben beschriebenen Aufbaus, ist das Hochtemperaturspeichermaterial, welches beispielsweise eine Kerntemperatur vom ca. 3000°C aufweist, vom Isolationsmaterial umgeben, um diese Temperatur auf die Umgebungstemperatur beispielsweise in Höhe von 30°C herunter zu isolieren. Um diese optimale Isolation zu erreichen, ist dabei der bereits erwähnte großvolumige Aufbau des Hochtemperatur-Akkumulators nötig, da rund um den Hochtemperaturspeichermaterialkern eine sehr große Isolationsmaterialstärke benötigt wird, um die genannte Isolierung auf Umgebungstemperatur zu erreichen.

Innerhalb der Isolierung stellt sich vom Hochtemperaturspeichermaterial ausgehend bis zum äußeren Bereich des Hochtemperatur-Akkumulators bzw. der Isolation ein Temperaturgefälle (Temperaturgradient) ein. Die Wärmeenergie, die von dem Hochtemperaturspeichermaterial in die Isolation und letztendlich an die Umgebung abgegeben wird, ist bei normalen Hochtemperatur-Akkumulator-Aufbauten verloren, und verringert dementsprechend den Wirkungsgrad des Akkumulators.

Bei der Verwendung eines Hochtemperatur-Isolators, wie z. B. Flammruß, benötigt man zur Isolierung einer Wärmequelle von 3000°C-150°C z. B. eine Isolierschichtstärke von etwa 30 cm. Für die Herunterisolierung von 3000°C bis auf Zimmertemperatur mit dem gleichen Isoliermaterial wird jedoch eine Schichtstärke von etwa 150 cm benötigt.

Diese Problematik, dass für die Isolierung des Hochtemperaturbereichs weniger Isoliermaterial benötigt wird als für den Niedertemperaturbereich, löst sich auf, wenn man die Hochtemperatur-Isolation auf eine geringe Schichtstärke, z. B. auf 20 cm begrenzt und die restliche Isolierung für den Niedertemperaturbereich durch eine weitere Schicht von z. B. 10 cm einer Niedertemperatur-Isolierung, z. B. Wacker WDS 950, mit einem höheren Isolierwert ersetzt.

Durch die besser isolierende Niedertemperatur-Isolierung wird der kontinuierliche Wärmestrom durch den Hochtemperatur-Isolator blockiert. Es kommt zur Aufheizung des Hochtemperaturisolators und damit zur Verschlechterung seiner Isolierwirkung. Das gleiche gilt für den Niedertemperatur-Isolator nur mit dem Unterschied, dass dieser bei einer Temperaturerhöhung über beispielsweise 1000°C zerstört wird.

Erfindungsgemäß wird dies Problem dadurch gelöst, dass bei Reduzierung der Isolierstärke durch Einsatz einer mindestens zweischichtigen Isolierung aus einem Hochtemperatur-und einem Niedertemperatur-Isolator der Wärmefluß, der sich vor dem besser isolierenden Niedertemperatur-Isolator staut, durch geeignete Wärmeleitmittel abgeführt wird. Diese Wärme kann z. B. zur weiteren Nutzung auf einen MHD-Flüssigmetal-Kreislauf abgeführt werden.

Bei einer Vielzahl von Anwendungen des Hochtemperatur-Akkumulators, bei denen die gespeicherte Wärmeenergie beispielsweise durch Umwandlung in elektrische Energie wieder nutzbar gemacht wird, kann die Notwendigkeit bestehen, an bestimmten Punkten des Energiewandlers ein mehr oder weniger konstantes Temperaturniveau zu erreichen.

Bei einem derartigen Energiewandler, der die Hochtemperaturwärmeenergie in elektrische Energie wandelt, kann es sich zum Beispiel um einen magneto- hydrodynamischen Generator (MHD-Generator) handeln, wie er beispielsweise aus der EP 0 283 632 bekannt ist.

Ein derartiger, sogenannter MHD-Generator kann einen in sich geschlossenen Flüssigmetallkreislauf aufweisen, dem durch das Prinzip der Ablenkung elektrischer Ladungen in einem Magnetfeld und Ansammlung dieser Ladungen auf Elektroden (Hall-Effekt) Energie entzogen und in elektrische Energie gewandelt wird. In einem derartigen bekannten MHD-Generator liegt das Temperaturniveau der umlaufenden Metallschmelze beispielsweise bei etwa 800-1000°C. Um dieses Temperaturniveau in der entladungsfreien Zeit gleichbleibend zu erhalten, oder aber allgemein den kontinuierlichen Energiebedarf irgendeiner anderen Vorrichtung zu decken, kann in erfindungsgemäßer Weise die im Isolationsmaterial eines Hochtemperatur- Akkumulators anfallende Wärmeenergie, die unter anderen Umständen verloren wäre, z. B. über den MHD-Generator genutzt werden.

Aufgrund des sich einstellenden Temperaturgradientens innerhalb der Isolierung um das Hochtemperaturspeichermaterial können dementsprechend in Abhängigkeit vom Abstand zum Hochtemperaturspeichermaterial innerhalb des Isolationsmaterials Positionen aufgefunden werden, in denen ein gewünschtes Temperaturniveau im Bereich von der maximalen (3000° C) bis zur minimalen (ca. 30° C) Temperatur vorliegt.

So besteht die Möglichkeit, das Hochtemperaturspeichermaterial mit einer ersten Schicht von insbesondere hochtemperaturstabilem Isolationsmaterial zu umgeben, nach der aufgrund der ausgewählten Materialschichtdicke eine Isolierung, beispielsweise von 3000°C Kerntemperatur auf 1000°C stattgefunden hat.

Nach dieser ersten Isolierschicht kann dementsprechend die bei einem Temperaturniveau von 1000°C anfallende Wärmeenergie mittels Wärmeleitmitteln abgegriffen werden, um diese Wärmeenergie einem Energieverbraucher, wie beispielsweise dem obengenannten MHD-Generator kontinuierlich zu zuführen. Durch diesen Wärmeentzug mittels der vorgesehenen Wärmeleitmittel nach der ersten Isolationsschicht sinkt automatisch das Temperaturniveau innerhalb dieser Grenzschicht, beispielsweise von 1000°C auf 700-800°C. Lediglich diese restliche Temperatur muss gegenüber der Umgebungstemperatur weiter mittels einer zweiten Isolationsmaterialschicht isoliert werden, insbesondere eine Schicht, die bei diesem Temperaturniveau eine deutlich bessere Isolationswirkung hat.

Da die Wärmemenge in der Isolation durch den Wärmeentzug mittels der Wärmeleitmittel aus der Grenzschicht zwischen den beiden Isolationsmaterialschichten bei einem erfindungsgemäßen Hochtemperatur- Akkumulator geringer ist, als bei bekannten Hochtemperatur-Akkumulatoren kann die zweite Isolationsschicht deutlich geringer ausfallen, als bei bekannten Hochtemperatur-Akkumulatoren.

Ein erfindungsgemäßer Hochtemperatur-Akkumulator hat dementsprechend den Vorteil, das einerseits die gespeicherte Wärmeenergie besser ausgenutzt werden kann, da sich durch die zusätzliche Nutzung der in der Isolationsschicht auftretenden Abwärme der effektive Wirkungsgrad erhöht und weiterhin hat ein erfindungsgemäßer Hochtemperatur-Akkumulator einen deutlich kleineren, geringervolumigen Aufbau, da Isolationsmaterial eingespart werden kann und/oder für den geringeren Temperaturbereich in den äußeren Isolationsschichten ein Material mit geringerer Wärmeleitfähigkeit einsetzbar ist.

Bei dem obengenannten Schichtaufbau des Isolationsmaterials sind lediglich zwei Isolationsschichten erwähnt worden, wobei die äußere der Umgebung zugewandte Schicht besser isoliert als die innere dem Akkumulator zugewandte hochtemperaturstabile Schicht. Selbstverständlich besteht die Möglichkeit das Isolationsmaterial, welches das Hochtemperaturspeichermaterial umgibt, in eine Vielzahl von Materialschichten zu unterteilen und in den jeweiligen Grenzbereichen zwischen den Materialschichten die anfallende Wärmeenergie bei verschiedenen gewünschten Temperaturniveaus abzugreifen. So können bei einem erfindungsgemäßen Hochtemperatur-Akkumulator aus der in dem Isolationsmaterial vorliegenden Abwärme die Energiebedürfnisse entsprechender Vorrichtungen, wie beispielsweise von MHD-Generatoren, gedeckt werden.

Bei dem Isolationsmaterial, welches in den verschiedenen Schichten rund um das Hochtemperaturspeichermaterial verbaut wird, kann es sich je nach Schicht bevorzugt um Material mit unterschiedlichen Isolationseigenschaften, aber auch um jeweils dasselbe Material handeln. So besteht die Möglichkeit, für die jeweiligen Temperaturbereiche, in denen das Isolationsmaterial eingesetzt wird, das optimale Isolationsmaterial auszuwählen.

Beispielsweise besteht die Möglichkeit zur Isolation vom Temperaturbereich 3000°C bis 1 000°C Flammenruß oder Printex 95 einzusetzen und für das darunterliegende Temperaturniveau, von beispielsweise 700°C bis Umgebungstemperatur übliche Isolationsmaterialien zu verwenden, wie sie beispielsweise von der Firma Wacker-Chemie zur Verfügung gestellt werden.

Hier wird grundsätzlich der mit der entsprechenden Thematik befaßte Fachmann das für den gewünschten Temperaturbereich optimale Isolationsmaterial auswählen.

Um den Wärmeentzug aus dem Hochtemperaturspeichermaterial generell zu optimieren, kann es vorgesehen sein, das Hochtemperaturspeichermaterial als Festkörper auszubilden, beispielsweise einen die Wärmeenergie speichernden Graphitkern (Carbon) zu verwenden. Einen derartigen Graphitkern, der gleichmäßig bis auf ein sehr hohes Temperaturniveau von beispielsweise 3000°C durchgängig aufgeheizt ist, kann in erfindungsgemäßer Weise die gespeicherte Wärmeenergiemenge besonders effizient und vor allen Dingen schnell entzogen werden, wenn innerhalb des Hochtemperaturspeicher- materials Wärmeleitmittel angeordnet sind.

So besteht die Möglichkeit, mittels Wärmeleitmitteln die gespeicherte Wärmeenergie nicht nur über den äußeren Umfang des Hochtemperaturspeichermaterials, also beispielsweise des Graphitkerns abzugreifen, sondern einen Energieabgriff aus dem Volumen des Speichermaterials vorzunehmen.

Bevorzugt kann das Speichermaterial hierzu in mehrere Schichten unterteilt sein, um den Wärmeentzug aus jeder Schicht separat vorzunehmen und somit die gespeicherte Wärmeenergie auch in effizienter Weise und besonders schnell aus dem Inneren des Kernes nutzbar zu machen.

Hierzu kann für den Energieentzug zwischen jeder Schicht des Hochtemperaturspeichermaterials wenigstens ein Wärmeleitmittel angeordnet werden, um dem Hochtemperaturspeichermaterial die gespeicherte Wärmeenergie zu entziehen. Diese gespeicherte Wärmeenergie kann dann auf verschiedene Art und Weise über die genannten Wärmeleitmittel dem jeweiligen gewünschten Wärmeenergieverbraucher, also beispielsweise wieder einem MHD-Generator der oben beschriebenen Art, zugeführt werden.

Um den Wärmeentzug sowohl aus dem Isolationsmaterial als auch aus den verschiedenen Schichten des Hochtemperaturspeichermaterials besonders effizient zu gestalten, können Wärmeleitmittel eingesetzt werden, die beispielsweise Heatpipes, Carbon-Nanotubes, Carbon-Pulver oder Carbonfolien umfassen. Diese genannten Vorrichtungen zeichnen sich gegenüber üblichen normalen metallischen Wärmeleitern durch eine hervorragende, teilweise tausendfach höheren Wärmeleitfähigkeit aus.

Allgemein können diese beschriebenen Wärmeleitmittel nicht nur zur Ableitung der Wärme aus den Isolationsschichten bzw. den Schichten des Hoch- temperaturspeichermaterials, sondern allgemein zur Ableitung anfallender Wärmeenergie aus einem Hochtemperatur-Akkumulator jeglicher Konstruktionsart eingesetzt werden.

Unter dem Begriff Heatpipe im Sinne der beschriebenen Erfindung, handelt es sich nicht notwendigerweise entsprechend der Wortwahl"pipe"um rohrförmige Wärmeleitmittel, sondern es sind im Sinne der Erfindung jegliche Konstruktionsformen von Wärmeleitmitteln zu verstehen, die auf das Arbeitsprinzip von Heatpipes zurückgehen. So werden hierunter, insbesondere Heatpipe-Flächen sogenannte Flat-Heatpipes verstanden, die in bevorzugter Weise zwischen den Schichten des Isolationsmaterials oder auch des Hochtemperaturspeichermaterials einsetzbar sind.

Das Heatpipe-Prinzip beruht im wesentlichen darauf, dass innerhalb eines in sich geschlossenen Hohlkörpers eine Flüssigkeit vorliegt, die die internen Flächen dieses Hohlkörpers benetzt. Wird nun an irgendeinen Punkt der Oberfläche einer solchen Heatpipe Wärme zugeführt, so beginnt die Flüssigkeit dort zu verdampfen und geht unter Wärmeenergieaufnahme in die Dampfphase über. Dieser Dampf verteilt sich mit einer sehr hohen Geschwindigkeit innerhalb des Hohlkörpers und kondensiert unter Wärmeabgabe an einer kälteren Stelle in der Heatpipe.

Aufgrund dieses Arbeitsprinzips hat eine Heat-pipe eine tausendfach bessere Wärmeleitfähigkeit als beispielsweise Kupfer und kann, da das Prinzip auf beliebige Hohlkörper anwendbar ist, dementsprechend in beinahe beliebiger Form und Größe hergestellt werden. Dementsprechend besteht auch die Möglichkeit flächige Heatpipes zu realisieren, die besonders bevorzugt für den Einsatz bei den obengenannten Schichten vorgesehen sein können. Derartige Heat-pipes können im Hochtemperaturbereich auch aus Carbon bestehen. Als Flüssigkeit können in solchen Heatpipes z. B. auch Metalle eingesetzt werden, die bei dem gewünschen Arbeits-Temperaturbereich in flüssiger und dampfförmiger Phase vorliegen und keine unerwünschte Reaktionen mit dem Heatpipe-Material eingehen.

Neben den genannten Heatpipes können Wärmeleitmittel eingesetzt werden, die die obengenannten Carbon-bzw. Graphitvorrichtungen umfassen. Graphit allgemein zeichnet sich durch eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit aus, so dass auch auf diesem Material basierende Wärmeleitmittel bevorzugt eingesetzt werden. Beispielsweise Carbon-Nanotubes bestehen aus gleichmäßig aufgebauten Graphit-Zylindermolekülen mit hervorragenden Eigenschaften hinsichtlich Festigkeit und Wärmeleitfähigkeit. So können auch diese Nanotubes als Hohlkörper nach dem Heatpipe-Prinzip aufgebaut werden.

Carbonfolien haben noch den weiteren Vorteil, dass sie senkrecht zur Fläche einen hohen elektrischen Widerstand haben und parallel dazu sehr gut wärmeleitend sind. Für eine solche Folie kann der spezifische elektrische Widerstand z. B. 8 bis 10 Ohm/Mikrometer parallel zur Fläche und ca. 600 bis 800 Ohm/Mikrometer senkrecht dazu sein. Die Wärmeleitfähigkeit kann durch Variation der Produktionsparameter optimal eingestellt werden. Auch diese Folien können als Wärmeleitmittel zum Einsatz kommen. Ebenfalls kann allgemein Carbon-Pulver oder Carbon-Nanotube-Pulver eingesetzt werden.

Gegebenenfalls wird das Pulver als Beschichtung eines Trägermaterials verwendet, welches dann als Wärmeleitmittel einsetzbar ist.

Um den Hochtemperatur-Akkumulator mit Wärmeenergie zu laden, wird in der Regel das Hochtemperaturspeichermaterial mittels Strom beheizt. So besteht die Möglichkeit, dass das Hochtemperaturspeichermaterial, insbesondere jede Speichermaterialschicht gemäß der obengenannten bevorzugten Ausführungsform, wenigstens ein Heizmittel umfaßt, mittels dem eine Beheizung möglich ist. Mittels diesem Heizmittel kann beispielsweise eine elektrische Beheizung durch Überschußstrom oder Niedertarifstrom realisiert werden.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird zur Beheizung des Hochtemperaturspeichermaterials, insbesondere jede Speichermaterialschicht selbst, von Strom durchflossen und dient als elektrische Leitung. Bei diesem Aufbau kann dementsprechend die besonders gute Leitfähigkeit eines aus Graphit realisierten Hochtemperaturspeichermaterials ausgenutzt werden.

Die elektrische Strombeheizung des Hochtemperaturspeichermaterials kann bevorzugt derart ausgestaltet sein, dass der Strom für eine gleichmäßige Beheizung das Hochtemperaturspeichermaterial beispielsweise meanderförmig durchläuft und somit für eine gleichmäßige Erhitzung Sorge trägt.

Dieser Stromverlauf kann beispielsweise durch eine entsprechend vorgesehene Stromleitung realisiert sein, oder aber es besteht alternativ und besonders bevorzugt die Möglichkeit, den Schichtaufbau des Hochtemperatur- speichermaterials derart auszuwählen, das bei einem Stromfluß direkt durch die Schicht des Hochtemperaturspeichermaterials der Stromfluß dem Schichtverlauf folgt und sich so durch die abwechselnde Folge einer Hochtemperaturspeichermaterialschicht, eines dazwischen angeordneten Wärmeleitmittels und einer nächsten folgenden Hochtemperaturspeicher- materialschicht der gewünschte Stromverlauf ergibt. Hierbei ist das Wärmeleitmittel, z. B. eine Carbonfolie, derart ausgebildet, dass es benachbarte Speichermaterialschichten voneinander elektrisch isoliert, so dass der Strom vorwiegend oder lediglich an den Stellen von einer Speichermaterialschicht in die nächste übergehen kann, an denen die Speichermaterialschichten untereinander gut leitend in Kontakt stehen.

Es besteht dementsprechend die Möglichkeiten die Abfolge der Speicher- materialschichten und der dazwischen angeordneten Wärmeleitmittel, also zum Beispiel der flachen Heatpipes oder Carbonfolien derart auszugestalten, das sich die Speichermaterialschichten lediglich in ihren Randbereichen berühren, so dass ein Stromfluß von einer Speichermaterialschicht in die nächste nur über die Randbereiche erfolgen kann.

Zur Umwandlung der gespeicherten Wärmeenergie, insbesondere in elektrische Energie mittels eines MHD-Generators kann es weiterhin vorgesehen sein, dass der erfindungsgemäße Hochtemperatur-Akkumulator einen Hochdruck- speicher für Flüssigmetall, insbesondere innerhalb der Isolierung des Akkumulators umfaßt.

Genauso besteht auch die Möglichkeit, dass der Hochdruckspeicher für Flüssigmetall außerhalb des Hochtemperatur-Akkumulators realisiert ist und eine eigene Isolierung aufweist.

Der Hochdruckspeicher, der beispielsweise wiederum aus Carbon und bevorzugt aus carbonfaserverstärktem Kohlenstoff wie SIGRABOND besteht, kann über Wärmeleitmittel mit dem Hochtemperaturspeichermaterial in Verbindung stehen. Hier können die Wärmeleitmittel wiederum die genannten Heatpipes, Carbon-Nanotubes, Carbon-Pulver, Carbonfolien etc. umfassen, bzw. aus diesen ausgebildet sein.

Die Wärmeleitung erfolgt bei der hier beschriebenen bevorzugten Ausführung derart, dass über die Wärmeleitmittel aus den einzelnen Schichten des Hochtemperaturspeichermaterials die Wärmeenergie entzogen und direkt dem Hochdruckspeicher für Flüssigmetall zugeführt wird. Als Flüssigmetall können hier beispielsweise die Alkali-Metalle Natrium, Kalium, Cäsium, Lithium etc. oder auch andere Metalle eingesetzt werden. Wichtig ist das diese Metalle im Temperaturarbeitsbereich des MHD-Generators in der flüssigen Phase vorliegen und einen geeigneten Verdampfungspunkt haben.

Alternativ kann das Hochtemperaturspeichermaterial mit wenigstens einem Hohlraum versehen sein, der einen Hochdruckspeicher für Flüssigmetall bildet.

In diesem Fall geht die Wärme direkt aus dem Speichermaterial in das Flüssigmetall über.

Aus dem beschriebenen Hochdruckspeicher, sei er nun innerhalb des Hochtemperatur-Akkumulators realisiert oder extern, kann eine Vorrichtung mit magneto-hydrodynamischen Generator (MHD-Generator) mit dem hocherhitzten Flüssigmetall versorgt werden. Aufgrund der direkten Kopplung des Hochtemperaturspeichermaterials mit den Hochdruckspeicher für Flüssigmetall wird dieses Flüssigmetall auf einen Temperaturbereich in Höhe von etwa 3000° C unter Druckaufbau erhitzt, ohne zu verdampfen.

Das Flüssigmetall kann sodann durch entsprechende Leitungselemente und gegebenenfalls unter Zuhilfenahme einer Magnetpumpe, die unter anderem schon von dem über den MHD-Generator erzeugten Strom betreibbar ist, einem Flüssigmetallkreislauf des MHD-Generators zugeführt werden.

Das beispielsweise bis auf einen Temperaturbereich von 3000° C oder mehr hocherhizte Flüssigmetall kann über die vorgesehenen Leitungen und über eine Düse, in der das unter Druck stehende Flüssigmetall expandiert wird in den Flüssigmetallkreislauf des MHD-Generators eingeführt werden, wodurch es zur starken Volumensvergrößerung und damit zur Erhöhung der kinetischen Energie sowie zu einer erhebliche Erhitzung des in dem Kreislauf befindlichen Metalles kommt. Die Expansionsdüse für die Hochtemperaturschmelze kann so in den Metallschmelzekreislauf des MHD-Generators gelegt werden, dass sie wie eine Dampfstrahlpumpe arbeitet und einen Zwangsumlauf aufrecht erhält.

Das Flüssigmetall, welches sich nach der Expansion und nach Durchlaufen des MHD-Generators abgekühlt hat und sich auf einem niedrigerem Druckniveau befindet, kann dann durch entsprechende Versorgungsleitungen und mit einer eventuell vorgesehenen bereits genannten Magnetpumpe in den Hochdruckspeicher zurückgeführt und dort erneut unter Energieentzug aus dem Hochtemperaturspeichermaterial aufgeheizt und erneut zur Verfügung gestellt werden.

Entsprechend der Erfindung kann es vorgesehen sein, eine Vorrichtung mit MHD-Generator ebenfalls innerhalb des Hochtemperatur-Akkumulators zu realisieren, was insbesondere isolationstechnische Vorteile bietet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den nachfolgenden Zeichnungen dargestellt. Es zeigen : Figur 1 : Eine Prinzipdarstellung, des erfindungsgemäßen Hochtemperatur- Akkumulators mit Anschluß an einen MHD-Generator.

Figur 2 : Eine Detailansicht des in Scheiben unterteilten Hochtemperatur- speichermaterials mit zwischen den Scheiben angeordneten Wärmeleitmitteln.

Figur 3 : Die Außenwand-Temperaturen eines Carbon-/Metall-Speichers bei verschiedenen Isolationsschichtstärken und Wärmeleitfähigkeiten.

Die Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung im oberen Bereich einen erfindungsgemäßen Hochtemperatur-Akkumulator 1, der zur Umwandlung der gespeicherten Wärmeenergie in elektrische Energie an eine Vorrichtung 11 angeschlossen ist, die einen magneto-hydrodynamischen Generator (MHD- Generator) 7 umfaßt.

Der erfindungsgemäße Hochtemperatur-Akkumulator 1 umfaßt im dargestellten Ausführungsbeispiel einen Graphitkern 2, der in mehrere Scheiben 2a, 2b, 2c,... unterteilt ist. Der Graphitkern oder-block 2 und die zugehörigen Scheiben werden durch eine meanderförmige Stromführung beheizt. Die meanderförmige Stromführung 9 ermöglicht ein sehr gleichmäßiges Aufheizen des aus Graphit ausgebildeten Hochtemperaturspeichermaterials 2 und kann, beispielsweise durch eine explizit vorgesehene Heizleitung 9 oder durch einen speziellen konstruktiven Aufbau der Schichten 2a, 2b, 2c, ... des Hochtemperaturspeichermaterials realisiert sein. Ein Beispiel eines solchen Aufbaus ist in der Figur 2 näher dargestellt.

Die in dem Hochtemperaturspeichermaterial 2 gespeicherte Wärmeenergie kann zur Nutzung im dargestellten Ausführungsbeispiel durch eine Vielzahl von Wärmeleitmitteln 8/12 aus dem Hochtemperaturspeichermaterial entzogen werden, die jeweils zwischen den einzelnen Schichten des Hochtemperatur- speichermaterials 2 angeordnet sind. Hierbei kann es sich z. B. um Heatpipes handeln. Die einzelnen Heatpipes 8, die einen gleichmäßigen Wärmeentzug auch aus dem inneren Volumen des Hochtemperaturspeichermaterials 2 gewährleisten, sind mit ihren Anschlüssen 12 direkt mit einem Wärmeenergieverbraucher 10 verbunden, der im vorliegenden Fall gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel einen Hochdruckspeicher für Flüssigmetall repräsentiert.

Der beispielsweise über Überschußstrom oder Niedertarifstrom maximal aufgeheizte Hochtemperaturspeicherblock 2 gibt über die Heatpipes 8 die Wärmeenergie auf das Flüssigmetall im Hochdruckspeicher 10 ab, so dass sich ein Temperaturgleichgewicht einstellt und das Flüssigmetall bis auf die maximale Temperatur des Hochtemperaturspeichermaterials, also beispielsweise bis auf 3000°C oder mehr aufgeheizt wird.

Dem Hochtemperatur-Akkumulator 1, der den Hochdruckspeicher 10 für Flüssigmetall innerhalb seiner Isolierung 3 mit umfaßt, kann die gespeicherte Wärmeenergie auf Anforderung dadurch entzogen werden, dass das aufgeheizte Flüssigmetall aus dem Hochdruckspeicher 10 über entsprechende Leitungen 15 z. B. durch Öffnen der Düse 16 entspannt wird. Im gleichen Maße wie überhitztes Flüssigmetall aus dem Hochdruckspeicher strömt, wird abgekühltes Flüssigmetall über eine Magnetpumpe in den Hochdruckspeicher zurück geführt, so dass erneut ein Wärmeenergietransport über die Heatpipes 8 aus dem Hochtemperaturspeichermaterial 2 in das Flüssigmetall vor sich geht bis sich wieder ein Gleichgewicht eingestellt hat.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel strömt das z. B. auf bis zu 3000°C erhitzte Flüssigmetall, bei dem es sich beispielsweise um ein Alkalimetall wie Natrium, Kalium, Lithium oder deren Legierungen handelt, in eine Expansionsdüse 16, expandiert dort unter Abkühlung und versetzt den Flüssigmetallkreislauf 6 in eine Umwälzbewegung. Die genannte Expansion erfolgt aufgrund der Tatsache, dass das Flüssigmetall bei der hohen Temperatur von ca. 3000°C unter hohem Druck steht und deshalb flüssig bleibt, weil sich mit zunehmendem Druck auch die Verdampfungstemperatur erhöht.

Durch die Umwälzbewegung strömt das heiße Flüssigmetall in Richtung der Pfeile 17 durch den Flüssigmetallkreislauf 6 und durchläuft hierbei den magneto-hydrodynamischen Generator 7, der aus einem Elektrodenpaar besteht, welches in einem nicht dargestellten Magnetfeld angeordnet ist.

Aufgrund des wirkenden Magnetfeldes werden die in dem Flüssigmetall transportierten Ladungsträger innerhalb des Magnetfeldes in senkrechter Richtung zu diesem abgelenkt, so dass die Ladungsträger auf die dargestellten Elektroden treffen, und dort ein Strom abgreifbar ist. Dieser Effekt, der im wesentlichen dem Hall-Effekt entspricht, ermöglicht es, die in dem Hoch- temperaturspeichermedium 2 gespeicherte Wärmeenergie direkt in elektrischen Energie umzusetzen ohne Einsatz beweglicher Verschleißteile wie Turbine oder Generator.

Die Magnetpumpe 13, die für den Transport des hocherhitzten Flüssigmetalles aus dem Hochdruckspeicher in den Flüssigmetallkreislauf 6 Sorge trägt, kann direkt über das Dauermagnetfeld des MHD-Generators betrieben werden, in dem die Förderleitung 15 eine S-Kurve parallel zu den Magnetlinien in Förderrichtung beschreibt.

Das innerhalb des Flüssigmetallkreislaufes abkühlende Flüssigmetall tritt in der Nähe der Düse 16 wieder aus dem Kreislauf 6 aus und wird durch die Magnetpumpe 13 zurück in den Hochdruckspeicher 10 für Flüssigmetall zurückgepumpt, wo es erneut erhitzt wird.

Um ein Erstarren des MHD-Flüssigmetallkreislaufes zu vermeiden, ist es in dem Ausführungsbeispiel vorgesehen, zusätzlich eine Wärmeenergie mittels der Wärmeleitmittel 5, bei denen es sich beispielsweise wiederum um Heatpipes handeln kann, direkt in den Kreislauf 6 bei den gewünschten Temperaturniveau einzuführen.

Hierzu ist die Isolierung 3 des Hochtemperatur-Akkumulators 1 in dem dargestellten Ausführungsbeispiel in zwei Bereiche 3a und 3b unterteilt.

Von dem Hochtemperaturspeichermaterial 2 ausgehend, stellt sich innerhalb des Isolationsmaterial 3 ein Temperaturgradient ein, so dass die Temperatur von 3000°C in der Nähe des Speichermaterials 2 bis auf Umgebungstemperatur abfällt. Aufgrund des Temperaturgradienten ergibt sich innerhalb des Isolationsmateriales 3 in einem bestimmten Abstand zum Hochtemperaturspeichermaterial 2 eine Temperatur von beispielsweise 1000°C.

Bei diesem Abstand endet die erste Isolationsschicht 3a und beginnt die zweite Isolationsschicht 3b, die insbesondere bessere Isolationseigenschaften aufweist als die Schicht 3b. In der Grenzschicht 4 zwischen den Isolationsschichten 3a und 3b sind entsprechend dem Ausführungsbeispiel wiederum Wärmeleitmittel, also beispielsweise Heatpipes 5 angeordnet, die die Isolationsschicht 3a vollständig umgeben. Mittels dieser Heatpipes 5 wird die bei beispielsweise 1000°C anfallende Wärmeflußmenge direkt in den Flüssigmetallkreislauf 6 übertragen und zur Stromproduktion für etwaige Eigenstromabnehmer oder als Wärmezufuhr für den MHD-Flüssigmetallkreislauf genutzt.

Die aufgrund der Wärmeleitung in der Grenzschicht 4 abgefallene Temperatur, die nunmehr beispielsweise nur noch 700°C beträgt, wird über die weitere Isolationsschicht 3b auf Umgebungstemperatur herunterisoliert. Auch aus diesem Grund kann die Isolationsschicht 3b deutlich geringer ausfallen als beispielsweise die Isolationsschichtdicke 3a.

Eine Verringerung der Isolationsschichtstärke ergibt sich auch durch den erfindungsgemäßen 2-Schicht-Aufbau, bei dem die äußere Isolationsschicht 3b eine bessere Isolationseigenschaft aufweist als die innere Schicht 3a.

Die Figur 3 zeigt theoretische Berechnungen anhand eines angenommenen kugelförmigen oder plattenförmigen Speicherkernes unterschiedlicher Dimensionen in einem isolierten Akkumulator bei 20 °C Umgebungstemperatur und einem Wärmeübergangskoeffizienten an der Außenfläche des Akkumulators zur Luft von ca. 10 W/m2K, dass zur Isolierung eines heißen Speicherkernes von 2861 °C auf eine Temperatur von ca. 30 °C eine Isolationsschichtstärke von ca. 150 cm Flammruß mit einer Wärmeleitfähigkeit von ca. 0.138 W/mK bei diesem Temperaturniveau benötigt wird. Die Kurven 20,21, 22 und 23 zeigen diese Abhängigkeit. Beschränkt man sich also lediglich auf den Einsatz dieses hochtemperaturstabilen Isolationsmaterials, so bedeutet dies einen sehr voluminösen Aufbau des Akkumulators.

Für eine Isolierung von 2861 °C auf lediglich 150 °C werden bei diesem hohen Temperaturniveau nur ca. 30 cm Flammruß benötigt, wie die gleichen Kurven belegen. Bei einer Isolierung auf lediglich ca. 800 bis 900 °C kann die Isolationsschichtstärke sogar noch weiter verringert werden.

Eine hieran anschließende weitere Isolierung von den ca. 900 °C auf Raumtemperatur kann mit einem besseren Isolationsmaterial mit einer Wärmeleitfähigkeit von ca. 0.027 W/mK in diesem Temperaturbereich erfolgen.

Hierbei kann es sich z. B. um WDS 950 von Wacker handeln. Die Kurven 24 und 25 zeigen, dass ein Temperaturniveau von 883 °C mittels einer 30 cm starken Schicht mit ca. 0.027 W/mK auf Raumtemperatur herunterisoliert werden kann.

Die Isolationsschichtstärke ändert sich dementsprechend von ca. 150 cm bei nur einem hochtemperaturstabilen Material auf ca. 50-60 cm bei einem 2- schichtigen Aufbau und der Verwendung von Materialien mit verschiedenen Wärmeleitfähigkeiten.

Der Wärmestau, der sich aufgrund der besseren Isolationseigenschaften der zweiten äußeren Schicht in dem Grenzbereich der beiden Schichten ergibt, kann, wie oben beschrieben, durch Wärmeleitmittel aus der Isolierung abgeführt und nutzbar gemacht werden.

Es wird darauf hingewiesen, dass die Darstellung in der Figur 1 eine lediglich schematische Darstellung ist, die die konstruktiven Merkmale der Gestaltung der Heatpipes und des Hochtemperaturspeichermaterials 2 nicht im Detail wiedergibt.

Dem gegenüber zeigt die Figur 2 in einem möglichen Ausführungsbeispiel eine konkrete konstruktive Ausgestaltung des Hochtemperaturspeichermaterials 2 in Form von drei exemplarisch dargestellten Hochtemperaturspeicherschichten 2b, 2c und 2d.

Jede dieser einzelnen Hochtemperaturspeicherschichten ist derart ausgestaltet, dass sie im Querschnitt etwa S-förmig aussieht, d. h. dass an dem oberen und unteren Ende jeder Schicht jeweils ein zur nächsten Schicht weisender Vorsprung angeordnet sind, wobei die Stirnfläche 18 eines jeden dieser Vorsprünge mit der entsprechend gegenüberliegenden Stirnfläche 18 der nachfolgenden Hochtemperaturspeicherschicht in Berührung steht.

Aufgrund dieser Konstruktion ergibt sich bei einem Aneinanderliegen sämtlicher Hochtemperaturspeicherschichten zwischen diesen jeweils ein Hohlraum, in dem eine flache Heatpipe 8 eingesetzt ist. Diese flache Heatpipe 8, gegebenenfalls unter Zuhilfenahme eines Isolationsmaterials isoliert die einzelnen Schichten 2b, 2c und 2d elektrisch voneinander, so dass ein in die Stirnfläche 18 eingeleiteter Strom nur in der dargestellten meanderförmigen Form 9 durch die Schichten hindurchtreten kann.

Lediglich zur besseren zeichnerischen Darstellung sind die Heatpipes 8 mit einem Spalt gegenüber den einzelnen Hochtemperaturspeicherschichten 2b, 2c und 2d dargestellt. Im konkreten Fall besteht zwischen den Heatpipes 8 und den Speicherschichten ein inniger Kontakt, um eine optimale Wärmeleitung zwischen diesen Elementen zu realisieren. Die Heatpipes selbst, sind aufgrund der Ausgestaltung der Speicherschichten 2b, 2c und 2d jeweils immer leicht zueinander versetzt und parallel zueinander angeordnet, so dass die Heatpipeanschlüsse 12 relativ zu jeder Heatpipe an unterschiedlichen Orten angeordnet sind, um zu gewährleisten, dass das Bündel aller Anschlüsse 12 aus dem Hochtemperaturspeichermaterial 2 innerhalb einer gleichbleibenden Ebene heraustritt und dementsprechend auf einfache Weise, beispielsweise dem Hochdruckspeicher für Flüssigmetall gebündelt zuführbar sind.

Bei der Darstellung gemäß Figur 2 handelt es sich lediglich um eines von vielen Ausführungsbeispielen, um die Konstruktion der einzelnen Schichten des Hochtemperaturspeichermaterials auszuführen, so dass sich beispielsweise ein gewünschter Stromfluß ergibt. Selbstverständlich ist es möglich, durch entsprechende Variationen in der Konstruktion den Stromfluß und dementsprechend auch den Wärmefluß verschieden zu gestalten.

Aufgrund der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführung, ergibt sich ein Hochtemperatur-Akkumulator der in der dargestellten Anwendung aufgrund Wärmeabgriffs innerhalb der Isolation und des Wärmeabgriffs aus einzelnen Schichten des Speichermaterials einen sehr hohen Wirkungsgrad aufweist und darüber hinaus einen sehr schnellen Wärmeenergietransport ermöglicht.