[发明专利]包括温度梯度控制的混凝土和热管热交换和能量储存(TXES)

权利要求书

1.一种热俘获、储存和交换装置，包括：

至少一个热交换和储存阵列，所述至少一个热交换和储存阵列中的每个热交换和储存阵列包括：

多个热交换和储存元件，每个热交换和储存元件被配置成接收热源流体和工作流体中的每个从其中通过的流体流，其中，所述多个热交换和储存元件中的每个热交换和储存元件提供所述热源流体和所述热交换和储存元件之间的热能传递；以及

歧管系统，其经由管道连接至所述多个热交换和储存元件，以便向所述多个热交换和储存元件的输入提供所述工作流体并且从所述多个热交换和储存元件的输出接收所述工作流体；以及

至少一个热发动机，其与所述至少一个热交换和储存阵列能够一起操作以从所述至少一个热交换和储存阵列提取热量并且将热量转换成机械能，所述至少一个热发动机中的每个热发动机选择性地连接至相应热交换和储存阵列的歧管系统以使所述工作流体通过相应热交换和储存阵列的所述多个热交换和储存元件中的一个或多个热交换和储存元件，使得在所述工作流体和一个或多个相应的热交换和储存元件之间发生热能传递；

阀门系统，其包括在连接所述歧管系统和所述多个热交换和储存元件的所述管道中，以控制所述工作流体通过所述至少一个热交换和储存阵列的所述多个热交换和储存元件的质量流动；

多个传感器，其被布置在所述热俘获、储存和交换装置中，以从所述热源流体、所述多个热交换和储存元件和所述工作流体中的一个或多个获取温度和压力读数中的至少一个；

过程控制器，其被配置成：

标识所述至少一个热发动机的每个热发动机的最佳操作参数；

从所述多个传感器接收所述温度和压力读数中的至少一个；

基于所标识的每个热发动机的最佳操作参数和所接收的温度和压力读数中的至少一个，控制所述阀门系统的操作以将所述至少一个热发动机的每个热发动机流体地连接至所述至少一个热交换和储存阵列的一个或多个最佳热交换和储存元件，以使所述工作流体从热发动机通过以提取热量；

其中，所述多个热交换和储存元件包括具有不同热交换和热储存特点的热交换和储存元件，使得至少一个热交换和储存元件的热交换和热储存特点不同于至少一个其他热交换和储存元件的热交换和热储存特点。

2.根据权利要求1所述的装置，还包括过程控制器，所述过程控制器被配置成：

选择性地控制所述热源流体向所述至少一个热交换和储存阵列中的每个热交换和储存阵列和向每个相应热交换和储存阵列的所述多个热交换和储存元件的流动；以及

选择性地控制每个相应热发动机的工作流体向所述至少一个热交换和储存阵列中的每个热交换和储存阵列和每个相应热交换和储存阵列的所述多个热交换和储存元件的流动。

3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述多个热交换和储存元件中的每个热交换和储存元件包括：

基质材料衬底；

一个或多个通路，其形成在或位于所述基质材料衬底中并且被配置成在其中容纳加热后的源流体；以及

一个或多个工作流体管，其位于所述基质材料衬底中，与所述一个或多个通路分开，所述一个或多个工作流体管被配置成从热发动机接收工作流体；

其中，在加热后的源流体和工作流体之间经由所述基质材料衬底发生热能传递。

4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述基质材料衬底包括水泥粘合剂和骨料的混合物以及粘合剂和相变材料的混合物中的一种。

5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述工作流体管中的一个或多个工作流体管包括设置在基质材料中的螺旋形管。

6.根据权利要求3所述的装置，其中，所述一个或多个工作流体管包括至少第一螺旋形工作流体管和第二螺旋形工作流体管，其中所述第一螺旋形工作流体管和所述第二螺旋形工作流体管以相互缠绕布置、嵌套布置、共线和非同轴布置、共线和非重叠布置中的一个进行布置。

7.根据权利要求3所述的装置，其中，所述基质材料衬底形成为块状元件，其中在所述块状元件的每个角部处形成扇形；以及

其中，相应热交换和储存阵列中的多个相邻热交换和储存元件的块状元件的扇形共同形成通路，以在其中接收所述加热后的源流体。