带有减少的内部自然对流的热能存储器制造技术

描述了一种热能存储器，其包括：壳体（206）；布置在壳体（206）内的热能存储结构，热能存储结构包括热能存储元件（220）和多个分隔元件（222），多个分隔元件（222）被布置成使得热能存储元件（220）被分成多个层；流体入口（202），流体入口（202）与壳体（206）流体连通且适于接收工作流体以及提供朝着壳体（206）的工作流体的流动；以及对流减少结构，其被布置成在热能存储结构面朝流体入口（202）的侧部处邻近热能存储结构。另外，描述了存储热能的方法和用于生产电能的蒸汽发电设备。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及热能存储器的领域，尤其涉及带有减少的内部自然对流的热能存储器。
技术介绍
热能存储器在供电网的稳定性的改进中起着重要的作用且用于提高能量效率。取决于如何存储能量（使用材料的热容量，或者使用相变焓或甚至使用化学反应焓），存在不同类型的热能存储器。通常，这些热存储器是填充有热存储元件的设施，该热存储元件具有被加热且保持特定温度的能力。热存储元件通过工作流体（气体、液体或其混合物）的流动被加热（充能），该流体具有高于热存储元件的温度。所存储的能量能够通过流体（带有相同或不同的成分）的流动恢复，该流体具有低于热存储元件的温度。在充能的热能存储器处于停滞期（即，其中没有工作流体的充能流动或放能流动馈送到存储器的时段）时，由于自然对流现象（温度梯度），在存储器内可仍然产生流体流动。这些流既能够使材料受到应力（机械应力）又能在存储器内产生非均匀的温度曲线。出于这些原因，应当避免通过自然对流导致的这样的流的产生。解决该问题的已知尝试涉及在热能存储器内使用水平或垂直板以在停顿状态期间限制在热存储元件的结构内的对流。在垂直板，即，垂直于流动方向的板的情况下，板可交替地放置在存储器的上部分和下部分中。这样的模式减少了存储器中的对流，但是同时增大了在存储器的充能和放能期间的压力损失。而且，该模式不能在停滞期期间在热能存储器中提供均匀的温度分布。在一定时间之后，热流体将被收集在结构的上部分中，同时较冷流体将存在于结构的下部分中。这样的温度梯度可导致应力且对热存储元件造成潜在损坏。在水平板，即，平行于流动方向的板的情况下，若干板安装在热存储元件的层之间的主要存储中，以便限制用于流体的自由体积，流体能在自由体积内运动。从而，因为流体的流动通过板被防止，所以在热存储元件的结构内的自然对流被限制。然而，在空的空间存在于热存储结构的前部和/或后部（相对于流动方向）处的情况下，自然对流可仍然发生在这样的空的空间（一个或复数个）内，从而有效地绕过水平板。同样在这种情况下，结果是，在停滞一定时间之后，热流体将被收集在热存储元件的上层中，同时较冷流体将被收集在热存储元件的下层中。因此，可存在对于改进的热能存储器的需要，该改进的热能存储器不遭受已知存储器的上述缺点。
技术实现思路
该需要可通过根据独立权利要求的主题满足。本专利技术的有利实施例通过从属权利要求描述。根据本专利技术的第一方面，提供一种热能存储器。所描述的热能存储器包括：（a）壳体；（b）布置在壳体内的热能存储结构，热能存储结构包括（b1）热能存储元件和（b2）多个分隔元件，该多个分隔元件布置成使得热能存储元件被分成多个层；（c）流体入口，流体入口与壳体流体连通且适于接收工作流体以及提供朝着壳体的工作流体的流动；以及（d）对流减少结构，其被布置成在面朝流体入口的热能存储结构的侧部处邻近热能存储结构。本专利技术的该方面基于如下想法，即，通过在热能存储结构面朝流体入口的侧部处邻近分层的热能存储结构（即，热存储结构包括热存储元件的多个层，其中，多个层通过分隔元件分离）布置对流减少结构，在流体入口和热能存储结构之间的空间或室中的对流能够被显著地减少或防止。因此，通过上述空间或室从一个层到另一个层的对流（即，绕过分隔元件的对流）被显著地减少或防止，使得在停滞期间能够在热能存储结构中维持恒定且均匀的温度分布。壳体可由耐热材料，诸如钢或陶瓷制成，且可具有带有矩形、正方形（quadratic）、圆形、椭圆形或多边形的形状的筒形形状。取决于应用，壳体可具有25m2或更大的横截面面积。热能存储元件优选地具有大的热存储容量，且布置在通过分隔元件分隔的层中以形成热能存储结构。热存储元件被定尺寸且彼此间隔开，使得每一层均允许尤其沿平行于层的方向的工作流体的流动。分隔元件基本上防止工作流体从一层流动到另一层，因此防止层之间的热对流，尤其在不向热能存储器供应工作流体的任何流动的停滞期间。流体入口可由与壳体相同的材料制成，且可具有类似或不同的横截面大小和形状。流体入口可连接到工作流体的外部源，诸如蒸汽发电设备的汽化器。在使用中，流体入口适于引导所接收的工作流体朝着壳体流动，使得工作流体流过热能存储结构且在其中存储热能（充能）或者从其接收热能（放能）。为了对热能存储器充能，工作流体可例如包括水（尤其热蒸汽）、空气、氮气或氩气。为了对热能存储器放能，工作流体可例如包括水、蒸汽、空气、氮气或氩气。对流减少结构布置在热能存储结构和流体入口之间，且用于防止在热能存储元件的层之间的热对流，即，绕过热存储结构的分隔元件的热对流。对流减少结构优选地设计成在工作流体于压力下被供应到流体入口时，允许工作流体朝着热能存储结构发生足够流动，以便将热能存储在热能存储结构中或者从热能存储结构恢复热能。在停滞期间，对流减少结构限制流体从热能存储元件的一个层（例如，下层）到另一个层（例如，上层）的流动，从而限制自然对流。根据本专利技术的实施例，对流减少结构包括沿垂直于热存储元件的层的方向延伸的对流减少元件的层。换言之，对流减少结构在热能存储结构的前部被形成为对流减少元件的壁状结构。对流减少元件的层可具有热能存储结构的高度的大约40%或更小的厚度，诸如热能存储结构的高度的大约35%、30%、25%或20%。对流减少元件可包括与热存储元件相同的材料，或者类似或不同的材料。对流减少元件的大小和间隔可类似于热存储元件的大小和间隔。优选地，对流减少元件小于热存储元件。根据本专利技术的进一步实施例，对流减少结构包括用于支撑对流减少元件的层的至少一个穿孔板。至少一个穿孔板具有与对流减少结构基本相同的大小，且包括多个穿孔或洞。洞可具有任何适当的形状，诸如圆形、椭圆形、正方形、矩形、三角形或多边形。至少一个穿孔板被设计成允许工作流体在热能存储器的充能和放能期间穿过穿孔而不引起显著的压力损失。而且，至少一个穿孔板被设计成通过将对流减少元件保持在适当位置支撑对流减少结构。至少一个穿孔板可被布置在对流减少结构的任一侧上，即，面朝流体入口或面朝热存储结构。在一个实施例中，穿孔板可被布置在对流减少结构的两侧上。根据本专利技术的进一步实施例，热能存储器还包括布置在流体入口和壳体之间的扩散器部分，其中，扩散器部分沿从流体入口朝着壳体的方向具有逐渐增大的横截面。扩散器部分用于增强进入热能存储结构的工作流体的分布，尤其通过提供流体在壳体的横截面上的恒定分布。扩散器部分沿朝着壳体的方向逐渐增大的横截面将工作流体的流动速度降低到在工作流体流过热能存储结构时适用于与热能存储结构交换热能的水平。为了进一步增强扩散器部分的功能，一个或多个扩散元件可布置在扩散器部分内以影响通过扩散器部分的流体的流动。对流减少结构优选地布置在扩散器部分和壳体之间的过渡处。根据本专利技术的进一步实施例，热能存储器还包括流体出口，该流体出口与壳体流体连通且适于从壳体接收工作流体的流动。因此，通过流体入口进入热能存储器的工作流体可在与壳体中的热存储结构相互作用之后，通过流体出口离开热能存储器。在对热能存储器放能时，输出工作流体可例如用来生产用于蒸汽发电设备的蒸汽，或者加热用于例如有机朗肯循环（ORC）或超临界CO2循环的另一种介质。根据本专利技术的进一步实施例，热能存储器还包括另外的对流减少结构，其被布置成在热能存储结构面朝流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热能存储器，其包括：壳体（206），布置在所述壳体（206）内的热能存储结构，所述热能存储结构包括热能存储元件（220）和多个分隔元件（222），所述多个分隔元件（222）被布置成使得所述热能存储元件（220）被分成多个层，流体入口（202），所述流体入口（202）与所述壳体（206）流体连通且适于接收工作流体以及提供朝着所述壳体（206）的工作流体的流动，以及对流减少结构，所述对流减少结构被布置成在所述热能存储结构面朝所述流体入口（202）的侧部处邻近所述热能存储结构。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.01.31 EP 14153446.11.一种热能存储器，其包括：壳体（206），布置在所述壳体（206）内的热能存储结构，所述热能存储结构包括热能存储元件（220）和多个分隔元件（222），所述多个分隔元件（222）被布置成使得所述热能存储元件（220）被分成多个层，流体入口（202），所述流体入口（202）与所述壳体（206）流体连通且适于接收工作流体以及提供朝着所述壳体（206）的工作流体的流动，以及对流减少结构，所述对流减少结构被布置成在所述热能存储结构面朝所述流体入口（202）的侧部处邻近所述热能存储结构。2.根据前述权利要求所述的热能存储器，其中，所述对流减少结构包括沿垂直于所述热存储元件（220）的层的方向延伸的对流减少元件（224）的层。3.根据前述权利要求所述的热能存储器，其中，所述对流减少结构包括至少一个穿孔板，所述至少一个穿孔板用于支撑所述对流减少元件（224）的层。4.根据前述权利要求中的任一项所述的热能存储器，其还包括布置在所述流体入口（202）和所述壳体（206）之间的扩散器部分（204），其中，所述扩散器部分（204）具有沿从所述流体入口（202）朝着所述壳体（206）的方向逐渐增大的横截面。5.根据前述权利要求中的任一项所述的热能存储器，其还包括流体出口（210），所述流体出口（210）与所述壳体（206）流体连通且适于从所述壳体（206）接收工作流体的流动。6.根据前述权利要求所述的热能存储器，其还包括另外的对流减少结构，所述另外的对流减少结构被布...

【专利技术属性】
技术研发人员：TA巴迈尔，V达诺夫，D科施尼茨克，T帕帕多波洛斯，H施蒂斯达尔，V乌斯蒂诺夫，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE