[發(fā)明專利]用于儲存和釋出熱能的設(shè)備及其運行方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380025845.X
• 申請日: 2013-03-28
• 公開（公告）號: CN104302875A
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: U.克魯格;D.雷茲尼克;H.斯蒂斯達爾
• 申請（專利權(quán)）人: 西門子公司
• 主分類號: F01K3/12
• 分類號: F01K3/12;F25B30/02;F25B25/00;F25B13/00;F25B9/06
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所 11105
• 代理人: 郝俊梅;謝強

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于儲存熱能的設(shè)備，它具有用于工作氣體的循環(huán)。其中，在所述循環(huán)中下列裝置按說明的順序通過工作氣體導(dǎo)管互相連接：第一流體熱動力機械、蓄熱器、第二流體熱動力機械以及蓄冷器。沿工作氣體從蓄熱器向蓄冷器的通流方向看，作為作功機械的第一流體熱動力機械與作為動力機的第二流體熱動力機械連接。

此外，本發(fā)明還涉及兩種運行所述設(shè)備的方法。在一種儲存熱能的方法中，循環(huán)沿著從蓄熱器到蓄冷器的方向通過，這與組件的上述順序相應(yīng)。按本發(fā)明同樣涉及的另一種方法，儲存的熱量也可以由設(shè)備轉(zhuǎn)換為例如機械能。在這里，按相反的順序通過這些裝置，換句話說，工作氣體的通流方向相反。此時工作氣體首先經(jīng)過蓄冷器，然后經(jīng)過蓄熱器，在這種情況下，第一流體熱動力機械作為動力機運行，而第二流體熱動力機械作為作功機械運行。

在本申請的范圍內(nèi)，使用術(shù)語動力機和作功機械，作功機械為達到其目的消耗機械功。因此用作作功機械的流體熱動力機械作為壓氣機或作為壓縮機使用。與此相對地，動力機做功，此時流體熱動力機械為了做功而轉(zhuǎn)換在工作氣體內(nèi)可供使用的熱能。在這種情況下流體熱動力機械因而作為發(fā)動機運行。

術(shù)語“流體熱動力機械”成為機器的一種總稱，這些機器可以從工作流體，與本申請結(jié)合地是從工作氣體，提取熱能或可以將熱能供給工作流體。熱能(熱力學(xué)的能量)不僅理解為熱的能量，而且也理解為冷的能量。流體熱動力機械可例如設(shè)計為活塞式機械。優(yōu)選地也可以使用流體動力學(xué)的流體熱動力機械，它們的葉輪允許工作氣體連續(xù)流過。優(yōu)選地，可考慮使用軸向作用式透平或壓氣機。

背景技術(shù)

例如US2010/0257862A1記載了前言所述的原理。在這里為了實施上述方法使用活塞式機械。此外由US5436508還已知，借助前言所述用于儲存熱能的設(shè)備，也可以在利用風(fēng)能發(fā)電時中間貯存剩余容量，以便在需要的情況下重新提取。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，提供一種前言所述類型的用于儲存熱能的設(shè)備或轉(zhuǎn)換熱能的方法(例如將機械能轉(zhuǎn)換為熱能并接著存貯，或?qū)Υ娴臒崮苻D(zhuǎn)換為機械能)，借助此設(shè)備或借助此方法能盡可能有效地利用儲存的熱能。

上述技術(shù)問題通過前言所述設(shè)備按照本發(fā)明采取下述措施得以解決，亦即在一個與所述循環(huán)不同的用于冷卻劑的冷卻循環(huán)內(nèi)可以連接蓄冷器，在冷卻循環(huán)中下列裝置按說明的順序通過冷卻劑導(dǎo)管互相連接：蓄冷器、制冷裝置、以及要冷卻的耗冷器。冷卻劑通常不同于工作氣體，這說明冷卻循環(huán)與所述循環(huán)不同。為了在改變運行狀態(tài)時避免清洗，特別有利的是，在蓄冷器內(nèi)這些利用于傳熱的通道能造成兩個通道系統(tǒng)，只要每個通道系統(tǒng)能與一個循環(huán)連接。因此，冷卻循環(huán)利用其中一個通道系統(tǒng)，而加入循環(huán)(Ladekreislauf)利用另一個通道系統(tǒng)。當(dāng)然，加入循環(huán)可以分為在蓄冷器內(nèi)的通道系統(tǒng)和或許另一些通過它與排出循環(huán)(Entladekreislauf)連接的導(dǎo)管部分(對此在下面更多說明)。加入循環(huán)為貯存熱能負(fù)責(zé)，而通過排出循環(huán)將熱能重新釋放給工作氣體。

制冷裝置是必要的，為的是能將要冷卻的耗冷器調(diào)整為所要求的溫度水平。因為蓄冷器的貯存溫度高于所需要的溫度水平。當(dāng)然，通過蓄冷器可以進行冷卻劑的預(yù)冷卻，所以在制冷裝置內(nèi)必須克服較小的溫度差。這也有利地減少制冷裝置的能量需求。可以利用在熱能儲存設(shè)備中反正同時發(fā)生的過程制冷。但過程制冷在為了排出熱能的排出時不再提供，不過為了運行要冷卻的耗冷器不必為此單獨造成所述的過程制冷。由此有利地改善用于儲存和釋出熱能的設(shè)備以及耗冷器總的能量平衡。

加入循環(huán)(和排出循環(huán))可以作為開式或閉式循環(huán)運行(對此在下面更多說明)。在開式循環(huán)中空氣成為工作氣體，它可以從大氣中提取并接著重新送回大氣。作為制冷裝置可以使用任何形式的裝置。特別有利的是使用熱虹吸，它有利地達到比較低的溫度水平。

按本發(fā)明一種特殊的設(shè)計，耗冷器配備有超導(dǎo)器件。在這里，尤其對于使用高溫超導(dǎo)體的情況，例如Bi2223或YBCO，使用氮作為冷卻劑。必須將氮置于約50至60K的溫度水平。借助蓄冷器預(yù)冷到約180K，這簡化了冷卻過程，并且減少制冷裝置的功率消耗。