本發明專利技術涉及修改沿熱能存儲和恢復裝置的熱交換設備的空間溫度分布。描述了一種熱能存儲和恢復裝置(400)，包括：(a)熱交換設備，其具有第一端(412a)和第二端(413a)，其中熱交換設備(110)配置用于引導第一端和第二端之間的熱傳遞流體的流動；(b)熱存儲材料，其以下面這種方式熱耦合到熱交換設備，即沿著熱交換設備的物理延伸部分，形成熱相互作用區域以便使熱傳遞流體與熱存儲材料進行熱耦合；(c)流體端子(415a)，其經由熱交換設備的支管(415b)連接到熱交換設備，其中支管(415b)位于第一端和第二端之間；和(d)控制裝置，其耦合到流體端子并且配置為使得可以下面這種方式控制經過流體端子的流體的流動，即可調整在熱交換設備內沿著熱相互作用區域的至少一部分的空間溫度分布。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及臨時存儲熱能的領域。具體地講，本專利技術涉及一種包括熱交換設備和熱存儲材料的熱能存儲和恢復裝置。另外，本專利技術涉及一種用于調整沿著熱能存儲和恢復裝置的熱交換設備的溫度分布的方法。另外，本專利技術涉及一種包括這種熱能存儲和恢復裝置的熱能存儲和恢復系統。
技術介紹
來自各種類型的替代能源(諸如例如，風渦輪機、太陽能發電廠和波浪能發電廠)的電力的生產在時間上不是連續的。生產可能依賴于環境參數，諸如例如風速(針對風渦輪機)、日照強度(針對太陽能發電廠)以及浪高和方向(針對波浪能發電廠)。通常在能量生產和能量需求之間幾乎沒有或者沒有時間相關性。解決不相關的電力生產和電力需求的問題的一種已知方案是臨時存儲已生產但還不需要的能量，并在存在大量需求時釋放存儲的能量。在過去，已提出臨時存儲能量的許多不同的方法。提出的方法是例如(a)機械能存儲方法，例如抽水存儲、壓縮空氣存儲和飛輪，(b)化學能存儲方法，例如電化學電池和有機分子存儲，(C)磁能存儲，和(d)熱能存儲。為了臨時存儲熱能，已知熱能存儲和恢復裝置，該裝置包括熱存儲材料和由熱存儲材料包圍的嵌入的熱交換設備。在用于在熱存儲材料內存儲熱能的第一工作模式中，熱的熱傳遞介質被引導通過熱交換設備。由此，熱傳遞介質經由熱交換設備把它的熱能的至少一些傳遞到熱存儲材料。結果，熱傳遞介質冷卻，并且熱存儲材料變熱。在用于從熱存儲材料釋放熱能的第二工作狀態中，冷的熱傳遞介質被引導通過熱交換設備。由此，熱存儲材料經由熱交換設備把它的熱能的至少一些傳遞到熱傳遞介質。結果，熱存儲材料冷卻，并且熱傳遞介質變熱。當為熱能存儲和恢復裝置充入熱能(“第一工作模式”)時，空間溫度分布將會沿著熱交換設備的物理延伸部分產生。能夠容易地理解這一點，因為在進入熱能存儲和恢復裝置時，熱傳遞介質是熱的，并且在把它的熱能的至少一些傳遞到熱存儲材料之后，它將會冷卻。結果，在熱交換設備的入口端附近的熱存儲材料的溫度將會高于在熱交換設備的出口端附近的熱存儲材料的溫度。類似的考慮應用于將會在從熱能存儲和恢復裝置釋放熱能時產生的空間溫度分布。在多次熱能充入和熱能釋放周期的過程中，所描述的空間溫度分布將會變平。如果空間溫度分布的這種變平不限于熱能存儲和恢復裝置的內部區域而是擴展到熱交換設備的入口端和出口端，則熱存儲材料和熱傳遞介質之間的可用最大溫差將會減小。這具有這樣的缺點熱能存儲和恢復裝置的熱效率將會降低。可能需要特別地在熱能存儲和恢復周期的效率方面改進熱能的臨時存儲。
技術實現思路
這種需要可由根據獨立權利要求的主題滿足。本專利技術的有益實施例由從屬權利要求描述。根據本專利技術的第一方面，提供了一種熱能存儲和恢復裝置。所提供的熱能存儲和恢復裝置包括(a)熱交換設備，其具有第一端和第二端，其中熱交換設備配置用于引導第一端和第二端之間的熱傳遞流體的流動；(b)熱存儲材料，其以下面這種方式熱耦合到熱交換設備，即沿著熱交換設備的物理延伸部分，形成熱相互作用區域以便使熱傳遞流體與熱存儲材料進行熱耦合；(C)流體端子，其經由熱交換設備的支管連接到熱交換設備，其中支管位于第一端和第二端之間；和(d)控制裝置，其耦合到流體端子并且配置為使得可按照下面這種方式控制經過流體端子的流體的流動，即可調整在熱交換設備內沿著熱相互作用區域的至少一部分的空間溫度分布。所描述的熱能存儲和恢復裝置基于這樣的思想通過在第一端和第二端之間在熱交換設備處提供支管，具有某一溫度的(熱傳遞)流體能夠以下面這種方式(a)被饋入熱交換設備，或者(b)被從熱交換設備提取，即能夠修改沿著熱交換設備的延伸部分的空間溫度分布。特別地，沿著熱交換設備的延伸部分的空間溫度梯度(gradient)能夠增加(即，溫度分布變得更尖銳)，從而與第一端相鄰的熱交換設備的第一部分內的溫度至少近似地恒定，和/或與第二端相鄰的熱交換設備的第二部分內的溫度也至少近似地恒定。由此，一端可稱為熱端并且另一端可稱為冷端，因為冷端的溫度小于熱端的溫度。在這個方面，需要提及的是，如果第一部分內的溫度和第二部分內的溫度至少近似地恒定，則在熱能存儲在熱能存儲和恢復裝置中的第一工作模式中，離開熱能存儲和恢復裝置的(冷卻的)熱傳遞流體的輸出溫度將會至少在對應充入周期的一部分期間是恒定的。對應地，在從熱能存儲和恢復裝置釋放熱能的第二工作模式中，離開熱能存儲和恢復裝置的(加熱的)熱傳遞流體的輸出溫度將會至少在對應放出周期的一部分期間是恒定的。結果，針對對熱能存儲和恢復裝置充熱以及針對對熱能存儲和恢復裝置排熱二者，都能夠受益于兩端之間的完全溫差。結果，將會優化包括熱能存儲和熱能釋放的周期的效率。術語熱交換設備可以是任何物理裝置，該裝置允許(a)引導第一端和第二端之間的熱傳遞流體的流動，和(b)使熱傳遞流體熱耦合到熱存儲材料。熱交換設備可以例如由被熱存儲材料包圍的管子實現。可替換地，熱交換設備可以是容納熱存儲材料的容器。術語物理延伸部分可特別地表示熱交換設備的長度。在熱交換設備由至少一個管子實現的情況下，物理延伸部分可以特別地是管子的長度。在熱交換設備包括曲線的情況下，物理延伸部分不是在其中能夠實現整個熱能存儲和恢復裝置的尺寸或維度，而是熱交換設備相應地用于熱交換設備的管子的總長度或有效長度。與熱傳遞流體相比，經由流體端子提供給熱交換設備的熱流體或冷流體可以是相同類型或者不同類型的流體。所描述的控制裝置可由數據處理裝置實現，數據處理裝置基于(多個)合適的軟件程序能夠控制所描述的熱能存儲和恢復裝置的操作。然而，需要指出的是，所描述的控制單元也可包括硬件部件，諸如例如用于控制(熱傳遞)流體的流動的閥和用于控制閥的設置的致動器。由此，優選地位于靠近相應流體端子的閥可例如由合適的旋轉門和/或檔板開閉器實現。然而需要提及的是，可能熱交換設備的第一端和第二端不必位于熱交換設備的相對側。熱交換設備的第一端和第二端也可能位于熱能存儲和恢復裝置的相同一側。通過放置彼此相對比較靠近的熱交換設備的入口端和出口端，能夠使由通向或來自熱交換設備的長熱傳遞流體饋給管和/或長熱傳遞流體返回管引起的熱損失最小化。根據本專利技術的實施例，熱能存儲和恢復裝置還包括至少一個另外的流體端子，其經由熱交換設備的另一支管連接到熱交換設備，其中所述另一支管也位于第一端和第二端之間，并且其中支管和所述另一支管在空間上沿著熱交換設備的物理延伸部分分布。這可提供這樣的優點能夠沿著熱交換設備(的物理延伸部分)在不同位置執行通過熱的或冷的熱傳遞流體實現的“熱注入”。結果，能夠實現沿著熱交換設備(的物理延伸部分)的空間溫度分布/梯度的改進的修改。根據本專利技術的另一實施例，沿著熱交換設備提供具有對應的流體端子的多個支管，由此在位于與第一端或第二端相鄰的端部區域中沿著熱交換設備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間的中間區域中沿著熱交換設備的物理延伸部分的支管的密度。這可提供這樣的優點能夠在這些區域中最好地修改空間溫度分布，其中針對利用所描述的熱能存儲和恢復裝置執行的熱能存儲和恢復周期的(熱)效率，分布修改具有最聞的效果。根據本專利技術的另一實施例，控制裝置配置用于控制經過彼此獨立的各種流體端子的流體的流動。這可提供這樣的優點對于每個流體端子，能夠單獨地控制對應的流體流，并本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種熱能存儲和恢復裝置，包括：熱交換設備(110)，其具有第一端(112a，412a，512a)和第二端(113a，413a，513a)，其中熱交換設備(110)配置用于引導第一端(112a，412a，512a)和第二端(113a，413a，513a)之間的熱傳遞流體的流動；熱存儲材料(108)，其以下面這種方式熱耦合到熱交換設備(110)，即沿著熱交換設備(110)的物理延伸部分，形成熱相互作用區域以便使熱傳遞流體與熱存儲材料(108)進行熱耦合；流體端子(115a，415a，515a)，其經由熱交換設備(110)的支管(415b)連接到熱交換設備(110)，其中支管(415b)位于第一端(112a，412a，512a)和第二端(113a，413a，513a)之間；以及控制裝置，其被耦合到流體端子(115a，415a，515a)并且配置為使得能夠以下面這種方式控制經過流體端子(115a，415a，515a)的流體的流動，即能夠調整在熱交換設備(110)內沿著熱相互作用區域的至少一部分的空間溫度分布。
【技術特征摘要】
...
【專利技術屬性】
技術研發人員：H施蒂斯達爾，
申請(專利權)人：西門子公司，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。