具有热储存材料的尺寸改变的补偿的热交换系统和通过使用热交换系统用于交换热的方法技术方案

具有热储存材料的尺寸改变的补偿的热交换系统以及通过使用热交换系统用于交换热的方法。本发明专利技术涉及具有带有热交换腔室边界的至少一个热交换腔室的热交换系统，所述热交换腔室边界包围热交换腔室的至少一个热交换腔室内部。热交换腔室边界包括至少一个第一开口，用于引导至少一个热传递流体的入流进入热交换腔室内部，以及至少一个第二开口，用于引导热传递流体的出流离开热交换腔室内部。至少一个热储存材料被布置在热交换腔室内部中，使得热传递流体通过热交换腔室内部的热交换流导致热储存材料和热传递流体之间的热交换。热交换腔室包括至少一个压紧装置，用于补偿热交换腔室内部内的热储存材料的压紧（沉陷）。优选地，热交换腔室边界中的至少一个包括压紧装置。具有压紧装置的热交换腔室边界是热交换腔室的天花板。替代地，具有压紧装置的热交换腔室是热交换腔室的侧部壁。例如，此侧部壁包括板桩壁。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有热储存材料的尺寸改变的补偿的热交换系统和通过使用热交换系统用于交换热的方法
技术介绍
1.
本专利技术涉及具有热交换腔室的热交换系统和通过使用热交换系统用于交换热的方法。2.
技术介绍
尽管可再生能量被集成进公共电能系统（电网），目前大份额的电仍然通过化石能源生成。但是全球气候变化需要进一步发展可再生能量。类似风和太阳的可再生能源的能量输出贯穿一天或贯穿一年不是恒定的。因此，通过利用来自可再生能源而生成的电会波动。为了管理此波动的电，热（热能）储存系统被开发用于储存和释放热能（热交换系统）。这样的热交换系统包括具有热交换腔室边界的热交换腔室，所述热交换腔室边界包围热交换腔室内部。热交换腔室内部填充有例如石头的热储存材料。热交换腔室边界包括第一开口，用于引导热传递流体（例如空气）的入流流入热交换腔室内部，以及第二开口，用于引导热交换流体的出流流出热交换腔室内部。对于充能模式，热交换系统附加地包括充能单元，用于借助于过量的电加热热传递流体。产生的热的热传递流体经由热交换腔室边界的开口中的一个（例如，第一开口）被灌输进热交换腔室内部中。此开口限定热交换腔室的“热”终端。热的热传递流体被引导通过热交换腔室内部。通过将热的热传递流体引导通过热交换腔室内部，导致从热传递流体到热储存材料的热交换。热通过热储存材料被储存。经由热交换腔室的其它开口（第二开口），产生的“冷”的热传递流体被引导出热交换腔室内部。由此，热交换腔室边界的此开口限定热交换腔室的“冷”终端（端部）。当热交换腔室的冷终端处的温度开始上升到预定温度以上时，充能模式停止。在热交换腔室的放能模式中，此储存的热可以被恢复：“冷”的热传递流体经由热交换腔室边界的第一开口被灌输进热交换腔室内部中。在此情况下，第一开口限定“冷”终端。冷的热传递流体被引导通过热的热交换腔室内部。通过将冷的热传递流体引导通过热交换腔室内部，导致从热储存材料到热传递流体的热交换。热被从热储存材料释放。经由热交换腔室边界的第二开口，产生的“热”的热传递流体被引导出热交换腔室内部。由此，热交换腔室的第二开口限定热交换腔室的“热”终端。产生的热的热传递流体可以被用于生成蒸汽，通过所述蒸汽驱动蒸汽涡轮机。所描述的放能模式的结果：热被转换回电。当热交换储存部的热终端处的温度开始下降到特定温度以下时，放能模式停止。例如，热储存材料包括石头。由于热诱导的应力，石头在充能模式期间破裂，其导致石头的压紧（packing）（压实（compacting））。另外，循环的热负荷导致石头的扩张和收缩，并且因此导致床的进一步压实。假设热交换腔室的总体积保持不变，这导致用于热传递流体通过热交换腔室内部的附加的路径。通过热交换腔室内部的热传递流体的流难以被控制。
技术实现思路
本专利技术的目标是提供具有热交换腔室的热交换系统，热传递流体可以被均匀地引导通过所述热交换腔室。此目标通过权利要求中具体说明的本专利技术来实现。热交换系统设置有至少一个热交换腔室，所述至少一个热交换腔室具有包围热交换腔室的至少一个热交换腔室内部的热交换腔室边界。热交换腔室边界包括至少一个第一开口，用于将至少一个热传递流体的入流引导进热交换腔室内部中，以及至少一个第二开口，用于将热传递流体的出流引导出热交换腔室内部。至少一个热储存材料被布置在热交换腔室内部中，使得热传递流体通过热交换腔室内部的热交换流导致热储存材料和热传递流体之间的热交换。热交换腔室包括至少一个压紧装置，用于补偿热交换腔室内部内的热储存材料的压紧（沉陷（settling））。优选地，热交换腔室边界中的至少一个包括压紧装置。具有压紧装置的热交换腔室边界是热交换腔室的天花板。例如，所述天花板是下沉的天花板。替代地，具有压紧装置的热交换腔室边界是热交换腔室的侧部热交换腔室边界（侧部壁）。腔室的这个侧部壁优选地包括至少一个板桩壁（sheetpilewall）。这个板桩壁是柔性的。在另外的优选实施例中，压紧装置包括用于热交换流的至少一个柔性的流动障碍物。热交换流被抑制。例如，柔性的流动障碍物包括填充有空气的至少一个袋（空气袋）。为了阻止旁通流和产生的热损失（例如，在储存部出口处），一个或更多个空气袋可以被安装在热交换腔室的热交换腔室内部中的热储存材料的支撑结构和热交换腔室的下降的、绝缘的天花板之间。安装的空气袋的数目和尺寸取决于热储存材料上方的绝缘部朝向热传递流体的渗透性。空气袋阻挡热传递流体的流，使得其必须流动通过热储存材料以到达第二开口。空气袋可以由柔性的、弹性的材料制成，所述材料适应由固体热储存材料沉陷导致的间隙的形式。有利地，其耐受在热交换腔室的（优选地绝缘的）天花板上方发生的温度。空气袋的体积必须在操作期间始终适应间隙的体积（如果空气袋的长度平行于热传递流体的流动方向的话，则尤其是高度和宽度）。这可以通过当热交换腔室的热储存材料被冷却下来（放能）时将流体（例如空气）泵送到空气袋中，并且当储存部被加热（充能）时将流体泵送出空气袋来解决，所述泵送的方式是使空气袋中的压力保持受控制的方式。此外，提供通过使用热交换系统用于交换热的方法。在热交换系统的操作模式中，热传递流体的热交换流被引导通过热交换腔室内部，其中，导致热储存材料和热传递流体之间的热交换。热交换腔室是空间、腔体或壳体，热储存材料位于其中。热交换在热交换腔室内侧发生。为了提供有效的热交换，热交换腔室优选地与环境热绝缘。通过热绝缘减少热损失。热传递流体经由第一开口被引导（指引）到热交换腔室内部中，并且经由第二开口被引导出热交换腔室内部。热交换腔室边界的第一开口是入口开口。热交换腔室边界的第二开口是出口开口。因此，热交换腔室边界存在不同的区域，即具有第一开口的热交换腔室边界的入口区域，和具有第二开口的热交换腔室边界的出口区域。热交换系统的操作模式从如下的组中选择，所述组包括：具有从热传递流体到热储存材料的热传递的充能模式、和具有从热储存材料到热传递流体的热传递的放能模式。取决于操作模式，特定的开口可以具有入口开口的功能或出口开口的功能。热交换流的流动方向取决于操作模式。优选地，在充能模式期间，热交换流沿充能模式方向被引导，在放能模式期间，热交换流沿放能模式方向被引导，并且充能模式方向和放能模式方向彼此相反（逆流操作）。但是，热交换流的方向的改变不是必须的。充能模式方向和放能模式方向包括相同的方向（顺流操作）。在逆流操作中，从充能模式到放能模式的切换时，通过热交换腔室内部的热交换流的方向被颠倒并且因此，开口（入口开口、出口开口）的功能以及在相应开口处的相对温度（冷或热）也被颠倒。通过这样的解决方案，使用相同的热传递流体用于充能模式和用于放能模式是特别有利的。但是当然，也可以使用不同的热传递流体用于充能模式和放能模式。对于充能模式，热交换系统配备有至少一个充能单元，用于加热热传递流体。此充能单元优选地位于热交换腔室的上游。优选地，充能单元包括至少一个电加热装置，其从包括电阻加热器、感应加热器、电磁辐射发射器和热泵的组中选择。电磁辐射优选地是红外辐射。不同的电加热装置的组合是可能的。借助于电加热装置，电被转换为热。此热被热传递流体吸收并且被输运至热交换腔室内部中的热储存材料。例如，电加热装置包括电阻加热器。此加热器位于热交换入流中。电阻本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热交换系统（1），具有‑至少一个热交换腔室（11），具有热交换腔室边界（111），所述热交换腔室边界（111）包围所述热交换腔室（11）的至少一个热交换腔室内部（112），其中‑所述热交换腔室边界（111）包括至少一个第一开口（1111），用于引导至少一个热传递流体（131）的入流（132）进入所述热交换腔室内部（112），以及至少一个第二开口（1112），用于引导所述热传递流体（131）的出流（133）离开所述热交换腔室内部（112）；‑至少一个热储存材料（121）被布置在所述热交换腔室内部（112）中，使得所述热传递流体（131）通过所述热交换腔室内部（112）的热交换流（13）导致所述热储存材料（121）和所述热传递流体（131）之间的热交换；以及其中‑所述热交换腔室（11）包括至少一个压紧装置（123），用于补偿所述热交换腔室内部（112）内的所述热储存材料（131）的压紧。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.30 EP 15187768.51.一种热交换系统（1），具有-至少一个热交换腔室（11），具有热交换腔室边界（111），所述热交换腔室边界（111）包围所述热交换腔室（11）的至少一个热交换腔室内部（112），其中-所述热交换腔室边界（111）包括至少一个第一开口（1111），用于引导至少一个热传递流体（131）的入流（132）进入所述热交换腔室内部（112），以及至少一个第二开口（1112），用于引导所述热传递流体（131）的出流（133）离开所述热交换腔室内部（112）；-至少一个热储存材料（121）被布置在所述热交换腔室内部（112）中，使得所述热传递流体（131）通过所述热交换腔室内部（112）的热交换流（13）导致所述热储存材料（121）和所述热传递流体（131）之间的热交换；以及其中-所述热交换腔室（11）包括至少一个压紧装置（123），用于补偿所述热交换腔室内部（112）内的所述热储存材料（131）的压紧。2.如权利要求1所述的热交换系统，其中，所述热交换腔室边界中的至少一个包括所述压紧装置。3.如权利要求2所述的热交换系统，其中，具有所述压紧装置的所述热交换腔室边界是所述热交换腔室的天花板（118）和/或所述热交换腔室的侧部热交换腔室边界（1115）。4.如权利要求3所述的热交换系统，其中，所述天花板是所述热交换腔室的竖直滑动的天花板。5.如权利要求3所述的热交换系统，其中，所述腔室的所述侧部壁包括至少一个板桩壁。6.如权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：N帕格尔森，JV瓦格纳，TA巴尔迈尔，V赛德尔，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE