[發明專利]包括溫度梯度控制的混凝土和熱管熱交換和能量儲存(TXES)

有效

• 申請號: 201580057374.X
• 申請日: 2015-10-21
• 公開（公告）號: CN107075970B
• 公開（公告）日: 2019-09-13
• 發明（設計）人: 斯科特·雷蒙德·弗雷澤;詹妮弗·芬·吐伊;邁爾斯·L·阿巴拉;布蘭登·R·吉爾斯;卡爾·金特;亞歷克斯·劉
• 申請（專利權）人: 博瑞特儲能技術公司
• 主分類號: F01K7/16
• 分類號: F01K7/16;F01K13/02;F01K25/06
• 代理公司: 北京瀚方律師事務所 11774
• 代理人: 周紅力

一種熱俘獲、儲存和交換布置包括至少一個熱交換和儲存(TXES)陣列，其中每個TXES陣列包括一個或多個TXES元件，其接收熱源流體和工作流體的流體流，TXES元件提供熱源流體和TXES元件之間的熱能傳遞。歧管系統向TXES元件的輸入提供工作流體，并且從TXES元件的輸出接收工作流體。使用可與TXES陣列一起操作的至少一個熱發動機從TXES陣列提取熱量并且將熱量轉換為機械能，其中熱發動機選擇性地連接至TXES陣列的歧管系統，以使工作流體通過TXES元件，使得在工作流體和TXES元件之間發生熱能傳遞。

版權聲明

本專利文獻的公開內容的一部分可以包含受版權保護的材料。版權所有者不反對任何專利文獻或專利公開的傳真復制，如專利商標局專利文件或記錄中所出現的一樣，但以其它方式無論如何都保留所有的版權。以下通知應當適用于本文件：Copyright2015Bright Energy Systems，Inc.

相關申請的交叉引用

本申請是于2014年10月21日提交的美國臨時專利申請序列號 62/066,773以及于2015年9月18日提交的美國臨時專利申請序列號 62/220,796的非臨時申請并且要求它們的優先權，其公開內容通過引用整體并入本文。

背景技術

技術領域

本文中的示例性說明性技術涉及用于通常使用相變蘭金循環發動機管理熱發動機的系統、軟件和方法，更具體地，涉及熱俘獲、儲存和利用的管理。如本文中所討論的，術語蘭金循環是指一寬泛循環族，其中，工作流體以液體狀態加壓，或許是加壓至超臨界壓力或亞臨界壓力和/或可能使用諸如卡利納循環中的那些之類的流體混合物的循環系列加壓。

相關技術

俘獲和再利用廢熱的系統已經在本領域中廣泛描述。通常，這些系統涉及一系列工程權衡，以通過優化從熱源到蘭金氏發動機的熱傳遞來優化效率，該蘭金氏發動機將所傳遞的熱能轉化為機械能。典型地，這些權衡集中于熱交換器效率和工作流體特點。

熱交換器效率是熱交換器材料和熱交換器的設計的函數，而工作流體被優化以將流體的熱俘獲和釋放特點與系統的工作溫度相匹配。

成本有效的能量儲存非常重要。電化學能源儲存具有優勢，但往往具有成本、安全性和使用期的擔憂。泵諸如泵送水力和壓縮空氣能量儲存之類的機械能量系統現今提供絕大多數大型電力儲存能力，并且證明其長期可靠性和可接受的性能。

適當有效且成本有效的壓縮流體系統需要有效地儲存能量成本，并且具有在兩個方向上有效的熱力學過程：充電方向和放電方向。這個嘗試的常見方法針對過程的狀態與每個方向上的過程的每個步驟非常相似；也就是說，過程中每個點的壓力和溫度在充電過程和放電過程之間非常相似。

壓縮流體機械能儲存系統有兩大類：(1)作為泵送熱能儲存 (PTES)系統的一部分的熱泵和(2)壓縮流體能量儲存(CFES)系統，其中，壓縮空氣能量儲存(CAES)系統是該領域的廣泛探索的子集。這里的區別在于，流體可能不是空氣，并且它可能不總是氣體，它可能是超臨界流體，并且可能存在其中流體處于液相或液相和氣相的組合的過程的部分。

PTES系統通常將能量儲存在一些質量之間的熱能差。充電包括：增加具有溫度(或更嚴格的焓)差異的質量的數量或增加固定質量[相對于環境]的焓或兩者中的一些，并且放電正在取得該勢能并且將其轉化為機械功和/或電功。

在機械儲能系統中嘗試使用除空氣之外的流體的典型挑戰在于，通常需要儲存通常非常龐大的低壓流體，從而導致成本和現場包裝的挑戰。還有，如果流體是化學品，如制冷劑，則必須考慮材料的成本，以及系統泄漏的風險和成本。

本文中的技術應用于廢熱的俘獲和管理領域中以及管理和優化由該熱量驅動的熱發動機。

發明內容