用于储存热量的方法和设备技术

一种储热容器包括：将气态传热流体或过热液态传热流体引入储热容器的至少一个输入入口和从储热容器回收液态传热流体的至少一个液体回收系统；和/或从储热容器回收气态传热流体的至少一个气体出口和将液态传热流体引入储热容器的至少一个输出入口；并且还包括固体粒状材料的容积体，在传热流体与固体粒状材料接触时通过传热流体从气态到液态的相变向容积体传递热量和/或在传热流体与固体粒状材料接触时通过传热流体从液态到气态的相变从容积体送走热量，该容积体与至少一个输入入口和至少一个液体回收系统和/或至少一个气体出口和至少一个输出入口流体连接，并且减压系统与固体粒状材料的容积体流体连接，其特征在于减压系统被设置为减小仅由不可凝物质产生的气体压力贡献。气体压力贡献。气体压力贡献。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于储存热量的方法和设备


[0001]本专利技术涉及一种用于储存能量以备后用的储热器、一种储热容器以及一种用于储存热量的方法。

技术介绍

[0002]许多能量产生技术、尤其是诸如风能和太阳能的可再生资源通过与局部能量消耗不一致的方式传递能量。因此，储存能量以备后用是能源基础设施的重要方面。如今，确实存在许多这样的技术，例如化学电池和储热方案。然而，与所储存的能量的量相比，大多数方案是昂贵的，或者具有有限数量的操作循环(充入
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放出)，与直接使用的能量相比实质上增加了所储存的能量的成本。因此，可扩展成为以低成本储存大量能量且具有大量操作循环的方案将是有利的。
[0003]FR2981736描述了一种用于储存尤其是用于对建筑物进行加热的太阳热能的储热系统，以允许在冬季使用夏季收集的太阳热能。该储热系统包括：具有入口和传热流体出口的密封外壳；位于密封外壳中的储能介质，其优选是优选直径在1mm至1cm之间的玻璃、陶瓷或玻化石棉的球形颗粒；以及与外壳流体联通的真空泵。其提出的是，一旦将热量传递到储能介质，就可以通过从密封外壳中抽出传热流体并在储存阶段期间将密封外壳中的压力保持为低于大气压来降低密封外壳的热损失。其声称是通过储能介质和传热流体之间的对流和传导交换来减少热损失。
[0004]GB2485836描述了在需要从涡轮机移除热气体的情况下、例如在热电厂紧急关闭的情况下使用球床(pebble bed)来冷却气体。球床介于热气流与通常被设置为用于这种情况的冷却器之间，并且声称是通过吸收气体的一些热量并因此使从涡轮机移除热气体期间冷却器在最初所经受的温度降低来减小冷却器上的热应力。球床中的球块由诸如碳化硅、莫来石或氧化铝的固体超耐火材料制成，并且直径可以在12mm至30mm的范围内。球床可通过使诸如水、液氮、蒸气或氮气的流体冷却剂从其中流过而被冷却，并且设想了一种两段式冷却过程，其中将诸如蒸气的气体冷却剂输送到床，随后将诸如水的液体冷却剂输送到床。球床可设有凝结物排出口，以除去在对床进行加热或冷却的过程中产生的任何凝结物。可以通过使流体冷却剂穿过球床再循环以及一种用于在冷却剂穿过球床后对其进行冷却的热交换器来执行床的冷却。
[0005]GB2509894描述了一种热能储存系统以及一种储存和放出热能的方法，其中经加热的传热液体流过粒状材料(优选是岩石或矿物材料)床，以将热量从该传热液体传递到粒状材料以进行储存，并且其中为了将储存的热量从粒状材料中放出，气体流过粒状材料床。
[0006]CH703413描述了一种与空气源热泵一起使用的储热系统，其中该储热系统为装有岩石颗粒或砾石的隔热箱的形式，空气穿过该隔热箱循环以根据需要加热或冷却岩石颗粒或砾石。
[0007]US2012/241122涉及一种储热系统，其中传热流体是相变流体，并且主要通过传热流体的相变来向储存介质传递热量。储存介质也可以是相转移材料。
[0008]热能的储存可以通过多种方式进行。最常用的方式是使用诸如空气、导热油或加压水的传热流体对较大的导热物质(例如大块混凝土)进行加热，传热流体流过混凝土中嵌入的管道。当要使用储存的能量时，冷流体流过嵌入式管道，从而被混凝土加热。然后，经加热的流体可用于驱动利用所储存的热量的热卡诺循环(Carnot)过程或其他过程。代替使用固体储存器，也可以使用液体储存器，例如较大的导热油或熔盐的储存器，其中通常通过使流体流过热交换器来加热次级流体而执行热量提取过程，该次级流体在卡诺循环或其他过程中使用。储存热能的第三种方式是使用相变材料，例如在一定温度下会熔化或沸腾的材料，其中使用相对较大量的热量来促进相变。一旦相变过程逆转，热量就会在相变材料的沸点或熔点时再次被释放。

技术实现思路

[0009]本专利技术人已经认识到，重要的是所选择的储存系统可以通过允许热源和储热系统之间具有最大热传递和最小热量损失的有效方式充入热能，并且类似地可以通过有效的方式使储存系统放出所储存的热能。另外，在使用较大的固体导热物质时，期望的是避免提供制造复杂的嵌入式管道或类似的热量分配机构的需求，同时还要确保储存系统内的热量分配均匀，从而避免形成与热源紧密接触的热区或不与热源充分紧密接触而无法被热源有效加热的冷区。此外，优选使用可天然获取的材料和/或低成本材料和/或可本地获取的材料，并且在可能的情况下、尤其是在要将储存系统结合到诸如太阳能发电系统、风力发电系统、波浪发电系统或热泵系统(例如，地源热泵或空气源热泵)的可再生能量产生系统中的情况下可再利用的材料。
[0010]本专利技术的一个目的是提供一种用于储存热能的改进的方法。
[0011]本专利技术的一个目的是提供一种用于在填充床系统中储存热能并提高内部热传递的改进的方法。
[0012]本专利技术的另一个目的是减少热能储存的成本。
[0013]本专利技术的另一个目的是提供一种较大比例地使用具有低碳足迹的天然材料的热能方案。
[0014]本专利技术的另一个目的是简化热能储存器的结构，并在分别针对输入和输出系统的功率以及储热容器的尺寸来设置储存器的尺寸时增加灵活性。
[0015]本专利技术的另一个目的是增强耐用性、简化维护并减少更换热能储存器的障碍。
[0016]本专利技术的另一个目的是提供一种向储热容器充热和/或从储热容器放热的改进的方法。
[0017]本专利技术的另一个目的是允许使用通常对于储热容器所需的工作温度来说不稳定的传热流体。
[0018]本专利技术的另一个目的是提供一种有效的热传递方法。
[0019]本专利技术的另一个目的是提供一种现有技术的替代方案。
[0020]在此描述的是一种储热容器、一种储热系统以及通过这样的储热容器或储热系统充热和/或放热的方法，它们均旨在实现上述至少一个期望的方面。
[0021]因此，在第一方面中，本专利技术提供一种储热容器，其包括：
[0022]用于将气态传热流体或过热的液态传热流体引入到储热容器中的至少一个输入
入口以及用于从储热容器中回收液态传热流体的至少一个液体回收系统；和/或
[0023]用于从储热容器中回收气态传热流体的至少一个气体出口以及用于将液态传热流体引入到储热容器中的至少一个输出入口，
[0024]并且还包括固体粒状材料的容积体，在传热流体与固体粒状材料接触时借助于传热流体从气态到液态的相变而向容积体传递热量和/或在传热流体与固体粒状材料接触时借助于传热流体从液态到气态的相变而从容积体送走热量，
[0025]该容积体与至少一个输入入口和至少一个液体回收系统流体连接和/或与至少一个气体出口和至少一个输出入口流体连接，并且
[0026]减压系统与固体粒状材料的容积体流体连接，其特征在于减压系统被设置为减小仅由不可凝物质产生的气体压力贡献。
[0027]优选地，减压系统包括冷凝器，其操作为使得气态传热流体凝结并因此防止其通过减压系统而从储热容器中移出。优选地，冷凝器被保持在合适的温度下，从而通过暴露在周围环境中来使气态本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种储热容器，其包括：用于将气态传热流体或过热的液态传热流体引入到所述储热容器中的至少一个输入入口以及用于从所述储热容器中回收液态传热流体的至少一个液体回收系统；和/或用于从所述储热容器中回收气态传热流体的至少一个气体出口以及用于将液态传热流体引入到所述储热容器中的至少一个输出入口，并且还包括固体粒状材料的容积体，在传热流体与所述固体粒状材料接触时借助于传热流体从气态到液态的相变而向所述容积体传递热量和/或在传热流体与所述固体粒状材料接触时借助于传热流体从液态到气态的相变而从所述容积体送走热量，所述容积体与所述至少一个输入入口和所述至少一个液体回收系统流体连接和/或与所述至少一个气体出口和所述至少一个输出入口流体连接，并且减压系统与所述固体粒状材料的所述容积体流体连接，其特征在于，所述减压系统被设置为减小仅由不可凝物质产生的气体压力贡献。2.根据权利要求1所述的储热容器，其中，所述减压系统包括冷凝器，其操作为使得气态传热流体凝结并防止其通过所述减压系统而从所述储热容器中移出，并且优选其中所述冷凝器被保持在合适的温度下，从而通过暴露在周围环境中来使气态传热流体凝结。3.根据权利要求2所述的储热容器，其中，所述冷凝器被设置为使得凝结的传热流体通过重力的作用而返回至所述储热容器。4.根据前述任一项权利要求所述的储热容器，其中，所述固体粒状材料具有无孔的表面，优选其中所述固体粒状材料能够在颗粒的孔内容纳的传热流体的体积小于所述颗粒的体积的1％。5.根据前述任一项权利要求所述的储热容器，其中，所述固体粒状材料具有凸形的颗粒形状，优选其中所述固体粒状材料的颗粒形状使得体积小于所述颗粒的体积的1％的传热流体能够占据所述颗粒的表面上的凹陷区域。6.根据前述任一项权利要求所述的储热容器，其中，所述固体粒状材料的颗粒直径为10mm至500mm，优选为10mm至300mm。7.根据前述任一项权利要求所述的储热容器，其中，所述固体粒状材料在所述固体粒状材料的所述容积体内的填充率在0.5至0.9的范围内。8.根据前述任一项权利要求所述的储热容器，其中，所述固体粒状材料从岩石颗粒、矿物颗粒及它们的混合物中选择，并且更优选从花岗岩、玄武岩、大理石、金刚石、石英、燧石、通过海滩、海床或河床获得的卵石或它们的混合物中选择。9.根据前述任一项权利要求所述的储热容器，其中，所述储热容器被设计为被加压到至多1巴的超压。10.一种储热系统，其包括：输入系统和/或输出系统；以及储热容器，其中所述储热容器包括：用于将气态传热流体或过热的液态传热流体引入到所述储热容器中的至少一个输入入口以及用于回收液态传热流体的至少一个液体回收系统，其中所述至少一个输入入口和所述至少一个液体回收系统被包括在所述储热系统的所述输入系统中；和/或用于回收气态传热流体的至少一个气体出口以及用于将液态传热流体引入到所述储热容器中的至少一个输出入口，其中所述至少一个输出入口和所述至少一个气体出口被包
括在所述储热系统的所述输出系统中，并且所述储热容器还包括固体粒状材料的容积体，在传热流体与所述固体粒状材料接触时借助于传热流体从气态到液态的相变而向所述容积体传递热量和/或在传热流体与所述固体粒状材料接触时借助于传热流体从液态到气态的相变而从所述容积体送走热量，所述容积体与所述至少一个入口和所述至少一个液体回收系统流体连接和/或与所述至少一个输出入口和所述至少一个气体出口流体连接，并且其中所述输入系统还包括与所述至少一个输入入口和所述至少一个回收系统流体连接的输入热源，所述输入热源被设置为在通过所述至少一个输入入口将气态传热流体引入到所述储热容器中之前使通过所述至少一个液体回收系统接收的液态传热流体蒸发，或者产生过热的液态传热流体，所述过热的液态传热流体通过所述至少一个输入出口被引入到所述储热容器中并至少部分地蒸发以形成气态传热流体；和/或其中所述输出系统还包括与所述至少一个输出入口和所述至少一个气体出口流体连接的输出散热器，所述输出散热器被设置为在通过所述至少一个输出入口将液态传热流体引入到所述储热容器中之前使通过所述至少一个气体出口接收的气态传热流体凝结，其特征在于，所述储热容器还包括与所述固体粒状材料的所述容积体流体连接的减压系统。11.根据权利要求10所述的储热系统，其中，所述减压系统被设置为减小仅由不可凝物质产生的气体压力贡献。12.根据权利要求11所述的储热系统，其中，所述储热容器是根据权利要求1至9中任一项所述的储热容器。13.根据权利要求10至12中任一项所述的储热系统，其中，气态的或过热的传热流体从所述输入热源到所述储热容器的运动和/或气态传热流体从所述储热容器到所述输出散热器的运动仅通过传热流体在与所述固体粒状材料接触时的相变来驱动。14.根据权利要求10至13中任一项所述的储热系统，其中，液态...

【专利技术属性】
技术研发人员：亨里克，
申请(专利权)人：海利亚克有限公司，
类型：发明
国别省市：