具有利用压缩气体的换热器装置的热能储存和回收设备及系统制造方法及图纸

本发明专利技术描述了一种热能储存和回收设备（100、300），其包括：换热器装置（110、310），其被配置为用于导引换热器装置（110、310）第一端（112a）与换热器装置（110、310）第二端（114a）之间的传热介质流；以及储热材料（108），其以下述方式围绕换热器装置（110、310），即：使得形成热相互作用区域，以将传热介质与储热材料（108）热耦接。换热器装置（110、310）以下述方式相对于储热材料（108）密封，即：如果热能储存和回收设备（100、300）处于储热材料（108）应从传热介质接收热能的第一操作模式，则已通过气体压缩过程加热的压缩气体能够用作传热介质，以将热能从传热介质传到储热材料（108）。此外，本发明专利技术涉及包括这种热能储存和回收设备（100、300）的热能储存和回收系统（330）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及暂时储存热能的领域。具体地，本专利技术涉及包括换热器装置和储热材料的热能储存和回收设备。进一步地，本专利技术涉及包括这种热能储存和回收设备的热能储存和回收系统。
技术介绍
来自各种类型的替代性能量源(诸如风力涡轮机、太阳能发电站和波浪能发电站)的电能产生是不连续的。该产生可能取决于环境参数，诸如风速(对于风力涡轮机而言)、日照强度(对于太阳能发电站而言)以及波浪高度和方向(对于波浪发电站而言)。能量产生和能量需求之间常常很少相关或完全无关。·解决电能产生与电能需求无关的问题的一种已知途径是暂时储存已经产生但是并未被需求的能量，并且在需求大时释放所储存的能量。过去已经提出了暂时储存能量的许多不同方法。所提出的方法例如为a)机械能量储存方法(例如抽水储存、压缩空气储存和飞轮)，b)化学能量储存方法(例如电化学电池和有机分子储存)，c)磁能量储存，以及d)热能量储存。WO 9214054 Al公开了一种以风为动力的能量产生和储存系统，其包括经由传动装置与发电机驱动接合的风转子，热泵也连接到所述系统以操作至少一个换热器单元。风转子被设计为风轮，该风轮具有与位于下侧发动机外壳中的主轴直接驱动接合的轮缘，除了发电机和热泵之外，双循环泵也与该主轴耦接，用于将被加热和被冷却的液体从位于发动机外壳中的加热容器和冷却容器分别输送到分离的储热站和储冷站。经由蒸汽分离器和泵送设备，蒸汽发生器可以连接到储热站，该储热站经由蒸汽涡轮机驱动额外的发电机，以便在风平缓期间产生电力。储存站可以埋在具有沙子、石块或类似材料的填充物的土壤中。这种以风为动力的能量产生和储存系统的一个缺点在于，能量储存系统与风力涡轮机直接机械连接，并且除了储存站之外的所有能量储存装备都位于风力涡轮机中，导致系统组件的机械布置复杂。这导致了已知系统不够灵活。需要改进热能的暂时储存，尤其是在热能储存系统的灵活性和效率方面。
技术实现思路
此需要由根据独立权利要求的主题来满足。从属权利要求描述了本专利技术的优选实施例。根据本专利技术的第一方面，提供了一种热能储存和回收设备，其包括a)换热器装置，其被配置为用于导引所述换热器装置的第一端与所述换热器装置的第二端之间的传热介质流；以及b)储热材料，其以下述方式围绕所述换热器装置，即使得形成热相互作用区域，以将所述传热介质与所述储热材料热耦接。换热器装置以下述方式相对于储热材料密封，即如果热能储存和回收设备处于储热材料应从传热介质接收热能的第一操作模式，则已通过气体压缩过程加热的压缩气体可用作传热介质，以将热能从传热介质传到储热材料。所描述的热能储存和回收设备基于下述构思，即通过采用被加热的压缩气体作为输入气体输入(例如经由第一端)热能储存和回收设备中，则可以实现很高的热能储存效率。由此，剩余在从热能储存和回收设备作为输出气体(例如经由第二端)返回的压缩气体中的能量(具体是机械能)可以用于帮助驱动压缩步骤，从而将被加热的压缩空气馈送到换热器装置的第一端。可以例如通过绝热过程实现对压缩气体的加热，在该绝热过程中在进行压缩步骤期间不与周围环境发生热交换。所述气体可以是例如空气或任意其它种类的气体，诸如氩气和/或氮气。第一端和第二端可以位于热能储存和回收设备的同一侧。通过将换热器装置的入 口端和出口端放置为彼此相对靠近，可以最小化由于向换热器装置进行馈送的长流体(传热介质)馈送管和/或从换热器装置返回的长的流体返回管而导致的热损失。根据本专利技术的实施例，所述换热器装置适于a)如果所述热能储存和回收设备处于第一操作模式，则将所述传热介质从所述第一端传输到所述第二端，以及b)如果所述热能储存和回收设备处于第二操作模式，则将所述传热介质从所述第二端传输到所述第一端，在该第二操作模式中，所述储热材料应该向所述传热介质释放热能。通过对于不同操作模式采用不同的传热介质传输方向可以实现高效的热能储存。由此，可以实现至少在第二操作模式期间的一段时间达到这样的传热介质的出口温度，该出口温度至少在第一操作模式期间的一些时间不明显小于传热介质的入口温度。这意味着，在第二操作模式期间传热介质可以从热能储存和回收设备接收与在第一操作模式期间提供到热能储存和回收设备的传热介质相比相同的(高)温度。由此可以显著提高储热过程的效率。所描述的利用了 a)从第一端到第二端的第一传输方向以便向储热材料充载(charge)热能,和b)从第二端到第一端的相反第二传输方向以便从储热材料卸载(discharge)热能，从而可将该原理理解为采用了逆流原理。具体地，在第一操作模式(即向储热材料充载热能)，使热压缩气体或被加热的压缩气体进入第一端。在传递了它的至少部分热能之后，至少部分冷却下来的压缩气体在第二端返回。相应地，在第二操作模式(即从储热材料卸载热能)，使相对冷的传热介质(例如蒸汽或还是压缩气体)进入第二端。在从储热材料接收了热能之后，至少部分地被加热的传热介质在第一端返回。换言之，当受益于所描述的逆流原理时，在对热能储存和回收设备进行充载时用于使热压缩气体进入的换热器装置入口端与在对热能储存和回收设备进行卸载时用于排出被加热的传热介质的换热器装置出口端可以相同。相应地，在对热能储存和回收设备进行充载时用于排出冷却下来的压缩气体的换热器装置出口端与在对热能储存和回收设备进行卸载时用于使冷传热介质进入的换热器装置入口端可以相同。在这方面，要明确说明的是，在第二操作状态中压缩气体也可以用作传热介质。然而，指出对于第二操作状态也可以使用其它传热介质，诸如具体是合适的流体，即液态或气态介质。根据本专利技术的另一实施例，换热器装置包括a)与第一端相关联的第一换热段，b)与第二端相关联的第二换热段，c)连接第一换热段和第二换热段的第一连接段，以及d)平行于第一连接段地连接第一换热段和第二换热段的第二连接段。其中，连接段中的至少一个包括阀，用于控制通过相应连接段的传热介质流。这可以提供下述优点，即可以调节换热器装置的换热能力和/或热能储存和回收设备的热能储存能力使其适合于实际操作条件。例如，通过关闭(打开)所述阀可以减少(增加)对所描述的热能储存有贡献的储热材料的有效数量或质量。这同样适用于换热器装置和储热材料之间的总换热速率。一般而言，通过改变阀的设定或调节，可以实现降低或提高换热能力和热能储存能力。由此， 能够调节热能储存和回收设备，使其适于当前操作条件。要说明的是，除一个或多个阀之外，加热装置和/或冷却装置(例如加热回路和/或冷却回路)也可以用于操作热能储存和回收系统中的热能储存和回收设备，以便优化所描述的热能储存和回收设备的入口和/或出口温度。由此可以进一步提高能量储存效率。要进一步说明的是，所述阀中的一个或多个可以是恒温器控制的和/或远程控制的。根据本专利技术的另一实施例，换热器装置由管制成。所述管可以由足以防漏的任意材料制成，以便将压缩空气保持在换热器装置中。优选地，用于管的材料是钢和/或混凝土。根据本专利技术的另一实施例，热能储存和回收设备进一步包括绝热装置，该绝热装置用于a)使整个热能储存和回收设备与其外界环境绝热，和/或b)使所述热能储存和回收设备的不同隔室互相绝热。这可以提供下述优点，即热能储存和回收设备可以至少部分地与其周围环境热隔离和/或所述设备的不同隔室或区域可以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：H施蒂斯达尔，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：
国别省市：