[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)

说明书

一种热俘获、储存和交换布置包括至少一个热交换和储存(TXES)阵列，其中每个TXES阵列包括一个或多个TXES元件，其接收热源流体和工作流体的流体流，TXES元件提供热源流体和TXES元件之间的热能传递。歧管系统向TXES元件的输入提供工作流体，并且从TXES元件的输出接收工作流体。使用可与TXES阵列一起操作的至少一个热发动机从TXES阵列提取热量并且将热量转换为机械能，其中热发动机选择性地连接至TXES阵列的歧管系统，以使工作流体通过TXES元件，使得在工作流体和TXES元件之间发生热能传递。

版权声明

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相关申请的交叉引用

本申请是于2014年10月21日提交的美国临时专利申请序列号 62/066,773以及于2015年9月18日提交的美国临时专利申请序列号 62/220,796的非临时申请并且要求它们的优先权，其公开内容通过引用整体并入本文。

背景技术

技术领域

本文中的示例性说明性技术涉及用于通常使用相变兰金循环发动机管理热发动机的系统、软件和方法，更具体地，涉及热俘获、储存和利用的管理。如本文中所讨论的，术语兰金循环是指一宽泛循环族，其中，工作流体以液体状态加压，或许是加压至超临界压力或亚临界压力和/或可能使用诸如卡利纳循环中的那些之类的流体混合物的循环系列加压。

相关技术

俘获和再利用废热的系统已经在本领域中广泛描述。通常，这些系统涉及一系列工程权衡，以通过优化从热源到兰金氏发动机的热传递来优化效率，该兰金氏发动机将所传递的热能转化为机械能。典型地，这些权衡集中于热交换器效率和工作流体特点。

热交换器效率是热交换器材料和热交换器的设计的函数，而工作流体被优化以将流体的热俘获和释放特点与系统的工作温度相匹配。

成本有效的能量储存非常重要。电化学能源储存具有优势，但往往具有成本、安全性和使用期的担忧。泵诸如泵送水力和压缩空气能量储存之类的机械能量系统现今提供绝大多数大型电力储存能力，并且证明其长期可靠性和可接受的性能。

适当有效且成本有效的压缩流体系统需要有效地储存能量成本，并且具有在两个方向上有效的热力学过程：充电方向和放电方向。这个尝试的常见方法针对过程的状态与每个方向上的过程的每个步骤非常相似；也就是说，过程中每个点的压力和温度在充电过程和放电过程之间非常相似。

压缩流体机械能储存系统有两大类：(1)作为泵送热能储存 (PTES)系统的一部分的热泵和(2)压缩流体能量储存(CFES)系统，其中，压缩空气能量储存(CAES)系统是该领域的广泛探索的子集。这里的区别在于，流体可能不是空气，并且它可能不总是气体，它可能是超临界流体，并且可能存在其中流体处于液相或液相和气相的组合的过程的部分。

PTES系统通常将能量储存在一些质量之间的热能差。充电包括：增加具有温度(或更严格的焓)差异的质量的数量或增加固定质量[相对于环境]的焓或两者中的一些，并且放电正在取得该势能并且将其转化为机械功和/或电功。

在机械储能系统中尝试使用除空气之外的流体的典型挑战在于，通常需要储存通常非常庞大的低压流体，从而导致成本和现场包装的挑战。还有，如果流体是化学品，如制冷剂，则必须考虑材料的成本，以及系统泄漏的风险和成本。

本文中的技术应用于废热的俘获和管理领域中以及管理和优化由该热量驱动的热发动机。

发明内容