修改沿热能存储和恢复装置的热交换设备的空间温度分布制造方法及图纸

本发明专利技术涉及修改沿热能存储和恢复装置的热交换设备的空间温度分布。描述了一种热能存储和恢复装置(400)，包括：(a)热交换设备，其具有第一端(412a)和第二端(413a)，其中热交换设备(110)配置用于引导第一端和第二端之间的热传递流体的流动；(b)热存储材料，其以下面这种方式热耦合到热交换设备，即沿着热交换设备的物理延伸部分，形成热相互作用区域以便使热传递流体与热存储材料进行热耦合；(c)流体端子(415a)，其经由热交换设备的支管(415b)连接到热交换设备，其中支管(415b)位于第一端和第二端之间；和(d)控制装置，其耦合到流体端子并且配置为使得可以下面这种方式控制经过流体端子的流体的流动，即可调整在热交换设备内沿着热相互作用区域的至少一部分的空间温度分布。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及临时存储热能的领域。具体地讲，本专利技术涉及一种包括热交换设备和热存储材料的热能存储和恢复装置。另外，本专利技术涉及一种用于调整沿着热能存储和恢复装置的热交换设备的温度分布的方法。另外，本专利技术涉及一种包括这种热能存储和恢复装置的热能存储和恢复系统。
技术介绍
来自各种类型的替代能源(诸如例如，风涡轮机、太阳能发电厂和波浪能发电厂)的电力的生产在时间上不是连续的。生产可能依赖于环境参数，诸如例如风速(针对风涡轮机)、日照强度(针对太阳能发电厂)以及浪高和方向(针对波浪能发电厂)。通常在能量生产和能量需求之间几乎没有或者没有时间相关性。解决不相关的电力生产和电力需求的问题的一种已知方案是临时存储已生产但还不需要的能量，并在存在大量需求时释放存储的能量。在过去，已提出临时存储能量的许多不同的方法。提出的方法是例如(a)机械能存储方法，例如抽水存储、压缩空气存储和飞轮，(b)化学能存储方法，例如电化学电池和有机分子存储，(C)磁能存储，和(d)热能存储。为了临时存储热能，已知热能存储和恢复装置，该装置包括热存储材料和由热存储材料包围的嵌入的热交换设备。在用于在热存储材料内存储热能的第一工作模式中，热的热传递介质被引导通过热交换设备。由此，热传递介质经由热交换设备把它的热能的至少一些传递到热存储材料。结果，热传递介质冷却，并且热存储材料变热。在用于从热存储材料释放热能的第二工作状态中，冷的热传递介质被引导通过热交换设备。由此，热存储材料经由热交换设备把它的热能的至少一些传递到热传递介质。结果，热存储材料冷却，并且热传递介质变热。当为热能存储和恢复装置充入热能(“第一工作模式”)时，空间温度分布将会沿着热交换设备的物理延伸部分产生。能够容易地理解这一点，因为在进入热能存储和恢复装置时，热传递介质是热的，并且在把它的热能的至少一些传递到热存储材料之后，它将会冷却。结果，在热交换设备的入口端附近的热存储材料的温度将会高于在热交换设备的出口端附近的热存储材料的温度。类似的考虑应用于将会在从热能存储和恢复装置释放热能时产生的空间温度分布。在多次热能充入和热能释放周期的过程中，所描述的空间温度分布将会变平。如果空间温度分布的这种变平不限于热能存储和恢复装置的内部区域而是扩展到热交换设备的入口端和出口端，则热存储材料和热传递介质之间的可用最大温差将会减小。这具有这样的缺点热能存储和恢复装置的热效率将会降低。可能需要特别地在热能存储和恢复周期的效率方面改进热能的临时存储。
技术实现思路
这种需要可由根据独立权利要求的主题满足。本专利技术的有益实施例由从属权利要求描述。根据本专利技术的第一方面，提供了一种热能存储和恢复装置。所提供的热能存储和恢复装置包括(a)热交换设备，其具有第一端和第二端，其中热交换设备配置用于引导第一端和第二端之间的热传递流体的流动；(b)热存储材料，其以下面这种方式热耦合到热交换设备，即沿着热交换设备的物理延伸部分，形成热相互作用区域以便使热传递流体与热存储材料进行热耦合；(C)流体端子，其经由热交换设备的支管连接到热交换设备，其中支管位于第一端和第二端之间；和(d)控制装置，其耦合到流体端子并且配置为使得可按照下面这种方式控制经过流体端子的流体的流动，即可调整在热交换设备内沿着热相互作用区域的至少一部分的空间温度分布。所描述的热能存储和恢复装置基于这样的思想通过在第一端和第二端之间在热交换设备处提供支管，具有某一温度的(热传递)流体能够以下面这种方式(a)被馈入热交换设备，或者(b)被从热交换设备提取，即能够修改沿着热交换设备的延伸部分的空间温度分布。特别地，沿着热交换设备的延伸部分的空间温度梯度(gradient)能够增加(即，温度分布变得更尖锐)，从而与第一端相邻的热交换设备的第一部分内的温度至少近似地恒定，和/或与第二端相邻的热交换设备的第二部分内的温度也至少近似地恒定。由此，一端可称为热端并且另一端可称为冷端，因为冷端的温度小于热端的温度。在这个方面，需要提及的是，如果第一部分内的温度和第二部分内的温度至少近似地恒定，则在热能存储在热能存储和恢复装置中的第一工作模式中，离开热能存储和恢复装置的(冷却的)热传递流体的输出温度将会至少在对应充入周期的一部分期间是恒定的。对应地，在从热能存储和恢复装置释放热能的第二工作模式中，离开热能存储和恢复装置的(加热的)热传递流体的输出温度将会至少在对应放出周期的一部分期间是恒定的。结果，针对对热能存储和恢复装置充热以及针对对热能存储和恢复装置排热二者，都能够受益于两端之间的完全温差。结果，将会优化包括热能存储和热能释放的周期的效率。术语热交换设备可以是任何物理装置，该装置允许(a)引导第一端和第二端之间的热传递流体的流动，和(b)使热传递流体热耦合到热存储材料。热交换设备可以例如由被热存储材料包围的管子实现。可替换地，热交换设备可以是容纳热存储材料的容器。术语物理延伸部分可特别地表示热交换设备的长度。在热交换设备由至少一个管子实现的情况下，物理延伸部分可以特别地是管子的长度。在热交换设备包括曲线的情况下，物理延伸部分不是在其中能够实现整个热能存储和恢复装置的尺寸或维度，而是热交换设备相应地用于热交换设备的管子的总长度或有效长度。与热传递流体相比，经由流体端子提供给热交换设备的热流体或冷流体可以是相同类型或者不同类型的流体。所描述的控制装置可由数据处理装置实现，数据处理装置基于(多个)合适的软件程序能够控制所描述的热能存储和恢复装置的操作。然而，需要指出的是，所描述的控制单元也可包括硬件部件，诸如例如用于控制(热传递)流体的流动的阀和用于控制阀的设置的致动器。由此，优选地位于靠近相应流体端子的阀可例如由合适的旋转门和/或档板开闭器实现。然而需要提及的是，可能热交换设备的第一端和第二端不必位于热交换设备的相对侧。热交换设备的第一端和第二端也可能位于热能存储和恢复装置的相同一侧。通过放置彼此相对比较靠近的热交换设备的入口端和出口端，能够使由通向或来自热交换设备的长热传递流体馈给管和/或长热传递流体返回管引起的热损失最小化。根据本专利技术的实施例，热能存储和恢复装置还包括至少一个另外的流体端子，其经由热交换设备的另一支管连接到热交换设备，其中所述另一支管也位于第一端和第二端之间，并且其中支管和所述另一支管在空间上沿着热交换设备的物理延伸部分分布。这可提供这样的优点能够沿着热交换设备(的物理延伸部分)在不同位置执行通过热的或冷的热传递流体实现的“热注入”。结果，能够实现沿着热交换设备(的物理延伸部分)的空间温度分布/梯度的改进的修改。根据本专利技术的另一实施例，沿着热交换设备提供具有对应的流体端子的多个支管，由此在位于与第一端或第二端相邻的端部区域中沿着热交换设备的物理延伸部分的支管的密度高于在位于第一端和第二端之间的中间区域中沿着热交换设备的物理延伸部分的支管的密度。这可提供这样的优点能够在这些区域中最好地修改空间温度分布，其中针对利用所描述的热能存储和恢复装置执行的热能存储和恢复周期的(热)效率，分布修改具有最闻的效果。根据本专利技术的另一实施例，控制装置配置用于控制经过彼此独立的各种流体端子的流体的流动。这可提供这样的优点对于每个流体端子，能够单独地控制对应的流体流，并本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热能存储和恢复装置，包括：热交换设备(110)，其具有第一端(112a，412a，512a)和第二端(113a，413a，513a)，其中热交换设备(110)配置用于引导第一端(112a，412a，512a)和第二端(113a，413a，513a)之间的热传递流体的流动；热存储材料(108)，其以下面这种方式热耦合到热交换设备(110)，即沿着热交换设备(110)的物理延伸部分，形成热相互作用区域以便使热传递流体与热存储材料(108)进行热耦合；流体端子(115a，415a，515a)，其经由热交换设备(110)的支管(415b)连接到热交换设备(110)，其中支管(415b)位于第一端(112a，412a，512a)和第二端(113a，413a，513a)之间；以及控制装置，其被耦合到流体端子(115a，415a，515a)并且配置为使得能够以下面这种方式控制经过流体端子(115a，415a，515a)的流体的流动，即能够调整在热交换设备(110)内沿着热相互作用区域的至少一部分的空间温度分布。

【技术特征摘要】
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【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：发明
国别省市：