[发明专利]热能存储的设备

说明书

相关申请的交叉引用 

本申请要求于2009年5月18日提交的美国临时申请号61/179,189的权益。 

技术领域

本发明总体上涉及热能的吸收与释放。更具体地说，本发明与大量可以被能量消耗装置(如，一种太阳能发电站)所使用的热量的吸收与释放有关。 

发明内容

可以使用本发明的多个实施方案来在一个第一持续的时间段上吸收大量热量并且然后在一个第二持续的时间段上释放该热量以便补偿在该热量是可获得时与该热量被需要时这些时间之间的差异。对于在热量的可获得性和/或需求中的明显波动，对热能存储的设备进行快速且有效地调节的能力是可能会影响到要求热量回收的任何过程的一个技术问题。 

在一个实施方案中，本发明是一种热能存储的设备，这种热能存储的设备包括在多个能量存储的区域中平均分配的热存储介质。每个区域被连接到一个流体分配系统上。一种流体通过这些区域以及这个分配系统来循环。还包括了对流体通过每个区域的流动分别且独立地进行控制的装置。 

另一个实施方案还涉及从流体中提取热能的一种方法。该方法可以包括以下步骤。提供一种热能存储的设备，这种热能存储的设备包括在多个能量存储的区域中平均地分配的热存储介质，该多个能量存储的区域包括一个第一区域和一个第二区域。每个区域被连接到一个流体分配系统上。一种流体通过这些区域以及这个分配系统来循环。在此包括了用于对流体通过每个区域的流动分别且独立地进行控制的装置。接下来，使得流体在一个第一方向上流过这个第一区域并且防止流体流过这个第二区域。在这个第一区域中的介质从流体吸收热能。 

附图说明

图1是被连接到一个热能来源上以及一个热能消耗装置上的一个热能存储的 设备的一个第一实施方案的示意图； 

图2是在充能/放能循环的充能阶段过程中的一个热能存储的设备的示意图； 

图3是在充能/放能循环的放能阶段过程中的一个热能存储的设备的示意图； 

图4是作为热能存储介质来起作用的填料元件的一个实施方案的透视图；并且 

图5是一个方法流程图。 

具体实施方式

如在此使用的，术语“热量”和“热能”是可以可替换地使用的。 

需要提取、存储以及随后释放大量热量对于许多工业过程是一种共同的要求。已经在众多的专利中以及参照太阳能发电站的其他文献中以及许多结合了放热反作用的化学过程中披露了用来吸收与释放热量的技术。这些传授内容中的一些针对用来将热量从一种第一流体传递到一种第二流体的介质。其他的传授内容针对产生热量的过程或者在热量已经被存储之后对其进行使用以及然后进行释放的过程。本发明是针对在功能上被置于产生热能的过程与利用该热能的过程之间的热能存储的设备。 

在工业应用中所使用的常规的热能存储的设备的一个实施方案是一种实质上填充有固体材料(如，石砾或陶瓷热传递介质)的大型储箱。一种热流体(如，一种热的排气或热油)通过这种介质并且热量被这种介质吸收。取决于应用，这种储箱可以是一个在直径上测量为几米的大型容器并且该容器的高度与直径的比值至少为1∶3。这种容器的尺寸是由运行该过程所需要的热存储容量来确定的，典型的是按照千焦耳(kilojoules)测量的。这个容器的热容量是由介质的这些单独片的热容量以及安置在这个容器中的介质的数量来直接影响的。当有待吸收的热量供给在时间上是高度可预测的并且是相当恒定时，则使用一个单个的容器是适合的。然而，当热量被供给的速率和/或热量被供给的总量明显改变时，出于以下原因使用一个大型储箱作为储热器则可能是有问题的。首先，如果在介质上流动的流体的量或者流体的温度过低，则大体积的热量吸收介质的热效率可能是不可接受地低的。这个问题(这个问题是大型热存储器的特性)是不能通过仅简单地改变加热的流体流入和流出该热存储器的速率而容易地得到解决的。类似地，同样的问题是不能通过仅仅改变流入该热存储器中的加热的流体的温度来得到解决的。流体的量和流体的温度都必须是足够高的以便能够发生热学上高效的热交换。因此，如果流入该存储器中的流体的量或温度明显地改变，则大型存储器可 能就不能高效地吸收与释放热量。其次，大型储热器中的压力降可能对运行一种热存储器(这种热存储器会经历流体流入这个存储器的速率的明显波动)的费用产生消极地影响。