使用填充在多个封闭体中的热存储材料存储和回收热能量制造技术

描述了热能量存储和回收装置(100、200)，其包括：(a)容器(105)，具有用于将热传递介质插入容器的内部的第一流体终端(110、210)和从容器的内部取出热传递介质的第二流体终端(120、220)；(b)热存储材料，用于在装置处于第一操作模式时从热传递介质接收热能量，以及在装置处于第二操作模式时将热能量释放至热传递介质；和(c)多个封闭体(130)，各自被至少部分地填充有热存储材料的一部分，其中封闭体在空间上配置在容器内，使得能在第一流体终端与第二流体终端之间引导热传递介质的流动，并当热传递介质在第一流体终端与第二流体终端之间流动时能在热传递介质与封闭体之间获得直接热接触。此外，描述了配备有这种装置的热能量存储和回收系统。此外，描述了在这种装置内存储热能量的方法以及从这种装置回收热能量的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用填充在多个封闭体中的热存储材料存储和回收热能量
本专利技术涉及临时存储和回收热能量的领域。具体地，本专利技术涉及：(a)包括热存储材料的热能量存储和回收装置，所述热存储材料可被热力学地耦合至热传递流体。此外，本专利技术还涉及：(b)配备有这种热能量存储和回收装置的热能量存储和回收系统。此外，本专利技术还涉及：(c)用于在这种热能量存储和回收装置内存储热能量的方法；以及(d)用于从这种热能量存储和回收装置回收热能量的方法。
技术介绍
来自比如风力涡轮机、太阳能发电站和波浪能发电站等各种替代能量来源的电力生产是不连续的。该生产可以取决于环境参数，比如风速(对于风力涡轮机)、日照强度(对于太阳能发电站)以及波浪高度和方向(对于波浪能发电站)。在能量生产与能量需求之间常常存在很少或没有相关性。一种用以解决不相关的电力生产和电力需求的问题的已知途径是临时存储已经被产出但还未被需求的能量，并在存在高需求时释放所存储的能量。过去，已经建议了许多不同的方法来临时地存储能量。所建议的方法例如有：(a)机械能量存储方法，例如抽水存储器、压缩空气存储器和飞轮，(b)化学能量存储方法，例如电化学电池和有机分子存储器，(c)磁能量存储，和(d)热能量存储。文献US2010/0301614A1公开了一种用于存储和恢复电能量的设施。所公开的设施包括第一封闭体和第二封闭体，它们各自包含气体和多孔性耐火材料，适合于通过所述多孔性耐火材料与流动穿过相应封闭体的气体之间的接触来传递热。所公开的设施进一步包括压缩器和膨胀器，来用于在一封闭体的与其它封闭体的端部连接的端部的每个之间在管中流动的气体。多孔性耐火材料可以形成为砖，比如耐火粘土或类似材料。文献WO2009/044139A2公开了一种用于存储能量的设备。所公开的设备包括：(a)用于接收气体的压缩室器件；(b)用于压缩被包含在压缩室器件中的气体的压缩活塞器件；(c)用于接收和存储来自被压缩活塞器件压缩的气体的热能量的第一热存储器件；(d)用于接收暴露于第一热存储器件之后的气体的膨胀室器件；(e)用于膨胀被接收在膨胀室器件中的气体的膨胀活塞器件；和(f)用于将热能量传递至被膨胀活塞器件膨胀的气体的第二热存储器件。由该设备使用的循环具有两个不同的阶段，其可被分割到分离的装置中，或者可被组合到一个装置中。第一热存储器件和第二热存储器件可以配备有代表热存储材料的砂砾或岩石。然而，在替代能量来源被设立以及能量生产与能量需求不相应的许多位置处，砂砾或岩石无法大量获得。通常，例如在丹麦，地貌的特征在于来自多个冰河时代的例如沙子等沉积物和堆积物。在这类地区可获得的例如燧石等沉积岩不适合于加热和重复的热循环，因为石头有开裂的风险。用于高温存储的优选岩石被称为火成岩，例如花岗岩，但是这种类型的岩石不是到处都可获得的，需要被运输，其是昂贵的。可能存在需求来提供一种热能量存储和回收装置，其适合于使用广泛可获得的且便宜的材料作为热存储材料。
技术实现思路
该需求可以通过独立技术方案的主题来得到满足。本专利技术的有利实施例由从属技术方案来描述。根据本专利技术的第一方面，提供了一种热能量存储和回收装置，其包括：(a)容器，其具有用于将热传递介质插入所述容器的内部中的第一流体终端和用于从所述容器的内部取出所述热传递介质的第二流体终端；(b)热存储材料，其(b1)用于在所述热能量存储和回收装置处于第一操作模式时从所述热传递介质接收热能量，以及(b2)用于在所述热能量存储和回收装置处于第二操作模式时将热能量释放至所述热传递介质；和(c)多个封闭体，各自被至少部分地填充有所述热存储材料的一部分，其中所述封闭体在空间上配置在所述容器内，使得(i)能在所述第一流体终端与所述第二流体终端之间引导所述热传递介质的流动，并且(ii)当所述热传递介质在所述第一流体终端与所述第二流体终端之间流动时能在所述热传递介质与所述多个封闭体之间获得直接的热接触。所描述的热能量存储和回收装置基于以下构思：通过将热存储材料在空间上配置在容器内，热传递介质可被引导穿过容器，而不必需要特殊的热交换器件比如延伸穿过容器的金属管以及在热存储介质与特殊的热交换器件之间提供热交互作用。通过避免使用在空间上分配于容器内的热交换器件，可确保的是：在第一流体终端与第二流体终端之间在流动穿过容器的热传递介质与热存储介质之间存在良好的热接触。由此，热能量存储和回收工艺的效率可得到提高。所描述的封闭体可以由任何适当的物理结构实现，所述任何适当的物理结构被构造成接收或容纳热存储材料。由此，热存储材料可以被相应的封闭体完全地或部分地环绕。在这方面，关键的是：在热能量存储和回收装置的操作寿命期间，热存储材料被维持在相应的封闭体中，并且封闭体不会丢失它们的热存储材料。封闭体使得有可能建成热能量存储和回收装置，其中各个封闭体之间的空隙空间提供容器内的空间分布通道，用于热传递流体在第一流体终端与第二流体终端之间的流动。热传递介质可以是任何流体(即液体和/或气体)，其可在第一流体终端与第二流体终端之间被引导穿过容器。优选地，热传递介质是空气。根据本专利技术的一个实施例，所述封闭体至少部分地由纤维材料制成，特别是由玻璃纤维材料和/或由玄武岩纤维材料制成。这可以提供以下优点：纤维材料提供便宜且机械上稳定的结构，以便在容器内将热存储材料保持就位。具体地，由纤维材料制成的封闭体比由钢制成的公知封闭体便宜得多。根据本专利技术的再一实施例，所述封闭体为管状结构。由此，容纳热存储材料的管状结构可以具有呈柱体形式的外形，特别是呈椭圆柱体或圆柱体的形式。管状结构可以具有两个开放的端面，使得热存储材料可从两端被填充到管状结构的内部中。替代地，管状结构可以只具有一个开放端面，使得热存储材料可只穿过一个单个的开放端部被填充到管状结构的内部中。在后一情况下，管状结构的三维形状类似于袜子(sock)。在所描述的管状结构由纤维材料制成的情况下，纤维材料可以被编织或织造为管状物或袜状物。此外，形成为管状或袜状方式的纤维材料可以提供以下优点：热存储材料还可至少部分地包括普通的石材。在热能量存储和回收装置的操作期间，其具有多个温度循环，每个温度循环包括温度升高和温度降低，石材可能腐蚀。然而，即使石材将转变成粒状或颗状材料(例如沙子)，该材料也将被保持在封闭体内。应提及的是：除管状结构外，其它模式或几何结构也可以是能够用以实现封闭体的。根据本专利技术的再一实施例，在容器内，管状结构被配置在交错层中，由此在每个层内，管状结构取向成相对于彼此平行，并且由此分配给相邻层的管状结构取向成相对于彼此成一定角度。这可以提供以下优点：封闭体借助于非常简单的几何结构在空间上得到配置，其使热能量存储和回收装置的组装非常简单。优选地，被分配给相邻层的管状结构取向成相对于彼此垂直。这可以提供以下优点：封闭体的空间配置的三维结构可被做得更加简单。根据本专利技术的再一实施例，被容纳在所述封闭体内的热存储材料至少部分地是沙子。这可以提供以下优点：便宜且广泛可获得的材料可被用作热存储材料，使得整个热能量存储和回收装置可通过相对较便宜的方式得以实现。根据本专利技术的再一实施例，所述封闭体被密封材料密封。这可以提供以下优点：热存储材料将被保持就位，即使是在例如多个极端温度循环之后热存储材本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热能量存储和回收装置，包括：容器(105)，其具有用于将热传递介质插入所述容器(105)的内部中的第一流体终端(110、210)和用于从所述容器(105)的内部取出所述热传递介质的第二流体终端(120、220)，热存储材料，其：　　(a)用于在所述热能量存储和回收装置(100、200)处于第一操作模式时从所述热传递介质接收热能量，以及　　(b)用于在所述热能量存储和回收装置(100、200)处于第二操作模式时将热能量释放至所述热传递介质，和多个封闭体(130)，各自被至少部分地填充有所述热存储材料的一部分，其中所述封闭体(130)在空间上配置在所述容器(105)内，使得　　(i)能在所述第一流体终端(110、210)与所述第二流体终端(210、220)之间引导所述热传递介质的流动，并且　　(ii)当所述热传递介质在所述第一流体终端(110、210)与所述第二流体终端(120、220)之间流动时，能在所述热传递介质与所述多个封闭体(130)之间获得直接的热接触。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.11.04 EP 11187903.71.一种热能量存储和回收装置，包括：容器(105)，其具有用于将热传递介质插入所述容器(105)的内部中的第一流体终端(110、210)和用于从所述容器(105)的内部取出所述热传递介质的第二流体终端(120、220)，热存储材料，其：(a)用于在所述热能量存储和回收装置(100、200)处于第一操作模式时从所述热传递介质接收热能量，以及(b)用于在所述热能量存储和回收装置(100、200)处于第二操作模式时将热能量释放至所述热传递介质，和多个封闭体(130)，各自被至少部分地填充有所述热存储材料的一部分，其中所述封闭体(130)在空间上配置在所述容器(105)内，使得(i)能在所述第一流体终端(110、210)与所述第二流体终端(210、220)之间引导所述热传递介质的流动，并且(ii)当所述热传递介质在所述第一流体终端(110、210)与所述第二流体终端(120、220)之间流动时，能在所述热传递介质与所述封闭体(130)之间获得直接的热接触，其中，热传递介质是气体，其中，所述容器(105)的外壁(105a)至少部分地由混凝土制成，并且其中，所述外壁(105a)被包括隔热材料的隔热层隔热，所述隔热材料能够承受高于550摄氏度的温度。2.如权利要求1所述的热能量存储和回收装置，其中，所述封闭体(130)至少部分地由纤维材料制成。3.如权利要求2所述的热能量存储和回收装置，其中，所述封闭体(130)至少部分地由玻璃纤维材料和/或由玄武岩纤维材料制成。4.如权利要求1-3中任一项所述的热能量存储和回收装置，其中，所述封闭体为管状结构。5.如权利要求4所述的热能量存储和回收装置，其中，在所述容器(105)内，所述管状结构被配置在交错层(131、132、134、136)中，由此在每个层(131、132、134、136)内，所述管状结构取向成相对于彼此平行，并且由此被分配给相邻层(131、132、134、136)的管状结构取向成相对于彼此成一定角度。6.如权利要求1-3中任一项所述的热能量存储和回收装置，其中，被容纳在所述封闭体(130)内的热存储材料至少部分地是沙子。7.如权利要求1-3中任一项所述的热能量存储和回收装置，其中，所述封闭体(130)被密封材料密封。8.一种热能量存储和回收系统，包括：如权利要求1-7中任一项所述的热能量存储和回收装置(200)，与所述第一流体终端(210)连接的第一流体能量机器(260)，和与所述第二流体终端(220)连接的第二流体能量机器(270)，其中所述第一流体能量机器(260)和所述第二流体能量机器(270)被构造成使得(a)在所述热能量存储和回收装置(200)应该接收热能量的第一操作模式中，-所述第一流体能量机器(260)为所述热能量存储和回收装置(200)生成热能量，并且-所述第二流体能量机器(270)从所述热能量存储和回收装置(200)接收热能量，其中所生成的热能量大于所接收的热能量，以及(b)在所述热能量存储和回收装置(2...

【专利技术属性】
技术研发人员：H劳伯格，H斯蒂伊斯达，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE