热能储存器和热交换器制造技术

热能储存器和热交换器，其特点在于，其包括：多个硬化混凝土热能储存元件；外壳，所述元件已经布置在所述外壳中；在所述元件和所述外壳之间的体积中的活性热传递和储存介质，所述活性热传递和储存介质呈任一以下形式：滞止液体或相变材料、或布置成在所述元件和所述外壳之间的体积中流动的动态流体；用于将热能输送到热能储存器的至少一个装置；用于将热能从热能储存器排出的至少一个装置；和隔热体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】热能储存器和热交换器专利
本专利技术涉及热能储存器和热交换器(thermalenergystoragesandheatexchangers)。更具体地，本专利技术涉及一种可用于在高温下储存和热交换的热能储存器，其适用于有效地将热能转换为电以及用于存储能量的其它类型的应用。专利技术背景和现有技术适于储存来自新能源以及传统能源的能量并在需要时释放能量的具有成本效益的能量储存器，显然是更有效地利用新能源和现有能源的“缺失环节”。能量的储存允许在产生能量时和在需要使用能量时之间实现更好的匹配；简而言之，这意味着“时间迁移”能量输送的能力。这对于促进可再生能源的更高的普及是尤其重要的。通常，当不刮风时，不输送风能，并且当太阳落山时，没有太阳能可用。除此之外，诸如燃煤设备和核电设备的传统的发电机组以恒定的发电量最有效地运行，而市场需求通常在每日24小时周期内强烈地变化。此外，通过将储存器放置在用电地方的附近，意味着可以更有效地利用主电网并且可以克服传输中的瓶颈的限制。大规模和“电网规模”的能源储存器显然是充分利用可再生能源和其他能源的环保、高效的未来电力系统的关键组成部分。在专利公开WO2012/169900A1中，描述了一种具有优于现有技术储存器的有益特性的热能储存器(TES)。更具体地，为热储存器提供了一种实用且具有成本效益的方案，该热储存器使用固态材料作为主要储存介质、允许储存高温热形式的能量，这意味着热能处于足够高的温度，以便在蒸汽涡轮发电机组或等同装置中有效地将热转换为电力。在国际专利申请PCT/NO2013/050120中，描述了热能储存器如何像根据WO2012/169900A1的教导的那些一样是有益的，以便简化并提高各种类型的能源设备(例如聚光太阳能发电设备和核电设备)的效率。尽管上述技术提供了重大进步，但仍然需要进一步改进。效果/成本比率以及热能储存器关于能源的通用性和灵活性总是需要改进。此外，为输送诸如太阳能和风能的可再生能源提供更好的可靠性显然是另一个目标。本专利技术的目的是使用新技术满足不断增长的需要和需求。专利技术概述本专利技术提供一种热能储存器和热交换器，其特点在于，其包括：多个硬化混凝土热能储存元件；外壳，所述元件已经布置在所述外壳中；在所述元件和所述外壳之间的体积中的活性热传递和储存介质(activeheattransferandstoragemedium)，所述活性热传递和储存介质呈任一以下形式：滞止液体或相变材料、或布置成在所述元件和所述外壳之间的体积中流动的动态流体；用于将热能输送到热能储存器的至少一个装置；用于将热能从热能储存器排出的至少一个装置；和隔热体。在第一主要实施方案中，本专利技术的热能储存器和热交换器包括：动态流体，例如热油(thermaloil)、加热的空气、废气、烟道气、燃烧气体、惰性气体、其他气体、熔融盐和熔融金属，该动态流体作为在所述元件和所述外壳之间的体积中的活性热传递和储存介质；用于所述动态流体进入外壳的至少一个入口；和用于所述动态流体离开外壳的至少一个出口。术语动态流体是指所述流体在正常操作中流动，以提高热能的输入或输出速率，以及与在元件和外壳之间的体积中没有活性流体相比，提高热能的储存。所述流动是由于以下一个或更多个特征引起的：压缩机、泵、由源输送的流体中的固有压力、和重力。元件应该被布置成具有足以在元件周围和元件之间流动的距离以促进期望的对流并允许贯穿流通(throughcirculation)，该贯穿流通与在储存器外壳的外部入口和出口之间的期望流动相关。在第二主要实施方案中，本专利技术的热能储存器和热交换器包括：滞止液体，例如热油、熔融盐和熔融金属、或可以均为固体或液体或者是液体或气体的相变材料，该滞止液体作为在所述元件和外壳之间的体积中的活性热传递和/或储存介质；和热交换器，其嵌入在一些或所有的热能储存元件中，作为将热能输入储存器或从储存器输出的装置。术语滞止流体意味着所述流体是静止的、除了在正常操作中可能的自然对流之外没有任何明显的流动，但与在元件和外壳之间的体积中没有活性流体或相变材料相比，提供了增加的热能储存。在现有技术的储存器中，如在引言中所提及的，隔热体(诸如珍珠岩或空气)布置在储存器的外壳内部的热储存元件之间。所述体积原则上没有热能输入或输出、或热能储存或输送容量的主动功能，在现有技术中只有热能元件具有这样的功能。本专利技术的热能储存器和热交换器包括易于使用建筑工地起重机处理的尺寸和重量的热能储存元件，储存器中的元件的数量为2个、5个、10个、40个、100个、200个或500个及以上、或之间的任意整数。因此，根据每个元件的尺寸及其相应的能量存储容量以及整个储存系统的期望的能量储存容量，所述数量可以在从小于10个至成千上万个或更多的范围内。元件作为热储存器中的一组或更多组元件并排直立地布置，或作为热储存器中的一组或更多组元件堆水平地铺设并堆叠；元件布置在固定物(fixture)或型板中或使用中间镶嵌物来布置以便于堆叠，或者元件布置成紧密地堆叠或堆积。优选地，对于大多数实施方案，硬化混凝土热能储存元件包括外部金属壳体或编织的纤维壳体，该外部金属壳体或编织的纤维壳体为组合的浇注模、加强件和保护壳体，混凝土被浇注并固化(硬化)至所述外部壳体中。储存器的操作温度不应该超过外部壳体的选定金属、合金或编织纤维材料的最大操作温度，该材料优选地为钢或合金钢。元件的外部壳体具有圆形、六边形、方形(quadratic)、矩形、具有圆角或半圆形短边的矩形、或多边形的横截面，最优选地，元件具有圆形横截面形状，其中外部壳体是波纹状的，具有规则的波纹或具有螺旋管型的补偿表面(buckedsurface)，或者外部金属壳体是光滑且均匀的。优选地，所述外部金属壳体在一个端部是开放的，未硬化的混凝土被倾注并浇注到该开放的端部中，可选地，该开放的端部在浇注之后用金属壳体盖封闭。优选地，硬化混凝土热能储存元件包括用于热输入和输出的U形的小直径管式热交换器、以及可能的还有用于热输入的电加热器，硬化混凝土热能储存元件嵌入有从所述热能储存元件的一个端部延伸出来的热交换器和电加热器，该热交换器被定尺寸为在正常操作条件下提供湍流流动。本专利技术的热能储存器和热交换器优选地包括在外壳的低高度处的开口或出口，该开口或出口作为用于动态活性热传递和储存流体的出口或排放开口，或作为用于排放滞止液体或相变材料的出口。本专利技术的热能储存器和热交换器优选地包括在所述储存器的高的高度处的开口或入口，该开口或入口作为用于动态活性热传递和储存流体的入口，所述入口包括可操作地连接以用于使动态流体流动的泵、风扇或压缩机，或者该入口作为填充滞止液体或相变材料的开口。优选地，储存器还包括在储存器的低的高度处的开口，优选地可操作地连接有泵、风扇或压缩机，并且该开口是可互换的入口和出口。在优选的实施方案中，根据本专利技术的热能储存器包括呈加热的空气或其他气体、燃烧气体、废气或类似物形式的动态活性热传递和储存流体；用于所述气体的入口和出口；混凝土热能储存元件，其紧密地布置但具有用于在元件周围和元件之间流动的横截面面积，该横截面面积与用于从入口流入储存器外壳和从出口流出储存器外壳的横截面面积至少一样大；在所述元件中的嵌入式热交换器，该嵌入式热交本文档来自技高网...

【技术保护点】
热能储存器和热交换器，其特征在于，其包括：多个硬化混凝土热能储存元件；外壳，所述元件已经布置在所述外壳中；在所述元件和所述外壳之间的体积中的活性热传递和储存介质，所述活性热传递和储存介质呈任一以下形式：滞止液体或相变材料、或布置成在所述元件和所述外壳之间的所述体积中流动的动态流体；用于将热能输送到所述热能储存器的至少一个装置；用于将热能从所述热能储存器排出的至少一个装置；和隔热体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.12.19 NO 201415401.热能储存器和热交换器，其特征在于，其包括：多个硬化混凝土热能储存元件；外壳，所述元件已经布置在所述外壳中；在所述元件和所述外壳之间的体积中的活性热传递和储存介质，所述活性热传递和储存介质呈任一以下形式：滞止液体或相变材料、或布置成在所述元件和所述外壳之间的所述体积中流动的动态流体；用于将热能输送到所述热能储存器的至少一个装置；用于将热能从所述热能储存器排出的至少一个装置；和隔热体。2.根据权利要求1所述的热能储存器和热交换器，其中所述热能储存器和热交换器包括：动态流体，其选自热油、废气、空气、烟道气、燃烧气体、惰性气体、其他气体、熔融盐和熔融金属，所述动态流体作为所述元件和所述外壳之间的所述体积中的活性热传递和储存介质，用于所述动态流体进入所述外壳的至少一个入口，和用于所述动态流体离开所述外壳的至少一个出口。3.根据权利要求1所述的热能储存器和热交换器，其中所述热能储存器和热交换器包括：滞止液体，其选自热油、熔融盐和熔融金属、或相变材料，所述滞止液体作为所述元件和所述外壳之间的体积中的活性热传递和储存介质；和热交换器，其嵌入在一些或所有的所述热能储存元件中，作为将热能输入所述储存器或从所述储存器排出的装置。4.根据权利要求1-3中的任一项所述的热能储存器和热交换器，其中所述热能储存器和热交换器包括热能储存元件，所述热能储存元件具有易于使用建筑工地起重机操纵的尺寸和重量，储存器中的元件的数量为2个、5个、10个、40个、100个、200个或500个及以上以及之间的任意整数；所述元件作为热储存器中的一组或更多组元件并排直立地布置，或作为热储存器中的一组或更多组元件堆水平地铺设并堆叠；所述元件布置在固定物或型板中或使用中间镶嵌物来布置以便堆叠，或者所述元件布置成紧密地堆叠或堆积。5.根据权利要求1-4中的任一项所述的热能储存器和热交换器，其中所述硬化混凝土热能储存元件包括外部金属壳体，所述外部金属壳体是组合的浇注模、加强件和保护壳体，混凝土已被浇注并硬化至所述外部金属壳体中；所述元件的所述外部金属壳体具有圆形、六边形、方形、矩形、具有圆角或半圆形短边的矩形、或多边形的横截面，最优选地，所述元件具有圆形横截面形状，其中所述外部金...

【专利技术属性】
技术研发人员：帕尔·G·贝甘，克里斯多佛·格赖纳，
申请(专利权)人：挪威能源公司，
类型：发明
国别省市：挪威,NO