[发明专利]用于存储热能的设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于存储热能的设备，所述设备具有用于工作气体的回路。此回路构造为开放式，使其将空气作为工作气体从环境中吸入且将其又吹出到环境中；即，环境一起属于该回路。也可实现其中可使用任意的工作气体(也包括空气)的封闭回路。在该回路中，将如下单元以给定的次序通过用于工作气体的管道相互连接：蓄冷器、第一热流体能量机、蓄热器和第二热流体能量机。在工作气体从蓄冷器向蓄热器的流动通过方向上观察，在此第一热流体能量机作为工作机连接且第二热流体能量机作为原动机连接。

背景技术

原动机和工作机的概念在本申请中使用为，工作机接收机械功以实现其目的。因此，用作工作机的热流体能量机作为压缩机或压缩器运行。与之相反，原动机做功，其中用于做功的热流体能量机将工作气体中可供使用的热能进行转化。在此情况中，热流体能量机也作为发动机工作。

概念“热流体能量机”形成对于如下机器的上位概念，即所述机器可从工作流体(在本申请中为工作气体)中获取热能或将此热能提供给所述工作流体。热能理解为热能和冷能。热流体能量机(在下文中简称为流体能量机)可例如构造为活塞机器。优选地，也可使用液压热流体能量机，其转子允许工作气体的连续流动。优选地，使用轴向作用的涡轮机或压缩机。

前述原理例如根据US2010/0257862A1描述。在此使用活塞机器以执行所述的方法。此外，根据US5,436,508已知通过前述用于存储热能的设备在使用风能发电的情况中也可中间存储过剩产能，以便在需要时将其再次调出。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是给出一种前述类型的用于存储热能的设备(例如，机械能到热能的转化然后并存储，或所存储的热能到机械能的转化)，以所述设备可实现高的效率同时实现所使用的结构单元的合适的成本。

此技术问题根据本发明以前述设备通过如下方式解决，即在第一热流体能量机和蓄热器之间在管道内提供用于工作气体的加湿单元。作为加湿单元，在本发明的范围内应理解为可被工作气体流过的装置，在所述该加湿单元中向工作气体提供水蒸汽。在此，空气被加湿直至最高到达水蒸汽的饱和极限。工作气体(例如空气)的加湿的使用的优点是作为原动机工作的流体能量机在相同的结构尺寸下可升高其功率输出。因此在所要求的功率输出下，可使用更小且因此更廉价的用于设备的部件。此外，也可使用从第二流体能量机离开的已加湿的热空气向使用在加湿单元中的水中供热，使得此能量对于过程完全不损失。以此，可有利地提高根据本发明的设备的效率。

根据本发明的设备的用于存储热能的回路与其加湿单元一起用于将存储在蓄热器和蓄冷器内的能量通过第二热流体能量机转换为机械能。该机械能可例如用于驱动发电机。因此，所存储的热能用于在需要更多的电能时通过设备提供电能。

但通过增加地使用再生能量也可能发生的是总计产生的电流在产生时刻未被需求。在此情况中，用于存储热能的设备用于将电能例如通过电动马达转换为器械能且通过流体能量机转换为热能。当然，应注意的是在过程的反转中不使用加湿塔。因此，加湿塔必须例如通过合适的旁通管道被绕开。另外的可能性在于，对于蓄冷器和蓄热器的蓄能过程，在设备中提供专用的回路。此回路也可装配有附加的流体能量机。

如果设备提供有旁通管道，则所述旁通管道必须适合于将第一热流体能量机和第二热流体能量机连接为，使得蓄热器在工作气体的流通方向上处在蓄冷器前方。这可通过流动方向在管道系统内的反向实现。另外的可能性在于旁通管道在蓄热器或蓄冷器前方或后方分别直接通入回路中，使得仅在蓄热器内部工作气体的流动方向反向。关键的是流动方向在热力学存储器(蓄冷器或蓄热器)内的反向，因此在热力学存储器的存储器介质内的冷热前锋(Kalt-Warm-Front)在热力学存储器的蓄能和释能时分别在相反的方向上运动。

如果对于热力学存储器的蓄能使用附加的回路，则此回路也流过相同的蓄热器和蓄冷器。通过合适的阀机构保证，分别在热力学存储器上仅连接用于蓄能的回路和用于释能的回路。另外的可能性在于在热力学存储器内，两个回路分别包括两个管道系统。在此情况中，不要求换向且可原理上甚至实现热力学存储器的同时蓄能和释能。