[发明专利]用于实施循环储能的方法及其设备

说明书

本发明涉及一种方法和一种设备，其用于在使用具有热侧和冷侧的储能介质的情况下在循环运行中为过程区域实施循环储能，具有以下在循环时间内重复的方法步骤。借助一种热介质对热侧上的储能介质进行加热，以启动储能介质中从热侧到冷侧的内部热传导。借助一个温度传感器连续记录储能介质的冷侧上的温度并与一个预设的极限温度进行比较。在达到极限温度之后将冷介质输送到储能介质的冷侧，并从储能介质的冷侧开始向着热侧的方向释放储存的能量。在开始新的储能循环时，再次对热侧的储能介质进行加热。

技术领域

本发明涉及一种具有权利要求1的特征的、用于实施循环储能的方法和一种具有权利要求14的特征的、用于此目的的设备。

背景技术

根据现有技术，凡是产生热量并且传递到或者能够传递到一种流体(固态、液态、气态、等离子态)上的地方都在应用和需要用于储能的方法和用于储能的相应设备，其中所述热量受技术条件限制不能高效传递、时间滞后积累，因而不得不暂时储存。

此外，循环地实施某些工艺过程，然而重要的是对过程区域尽可能恒定的温度控制，该温度控制必须要么以加热或冷却的方式，要么以加热且冷却的方式实施。在这种情况中，必须将循环产生的热量从过程中导出并且以循环过程的正确的定时循环返回到过程流程中。在传统的现有技术中，特别是与外部热载体或者冷载体联接的热交换系统使用在后一种情况中。在这样的热交换系统中，不是将在过程中积累的热量回收利用或者储存，而是导向外部或者从外部输入到过程中。这样的过程因此必然需要外部热源和散热器。

根据现有技术，这样的热交换器通常以管束和平板布局或者类似结构的形式使用，其特征主要在于大的内表面积。大的内表面积对于最佳和高效的热传递以及过程区域与周围环境的有效热联接是必要的。出于这个原因，对效率的要求越高，这些热交换系统的尺寸就必须越大。

由于流动技术结构之故，这样的热交换系统可以分为不同的结构形式。常用的有交叉流式热交换器(利用它们能够实现高达50％的热量回收)以及实现热流回收率高达80％的逆流式热交换器。热交换器材料的尽可能高的导热性、尽可能薄的传导层、尽可能大的换热表面积和热接触区域之间尽可能高的温差有利于尽可能高效的热量回收。另外，这样的热交换器还需要足够大的热绝缘程度，以将非预期的热损失降低到最小程度。

因此为了快速的热传递需要大的温差，因为由此提高了材料中的热流速度。在温差过小的情况中，能量回收率相应地大幅下降。导热层越薄和热交换器中的热传递表面积越大，热传递阻力就越小。

这因此意味着：只有通过热交换器中小的板距和/或通过增大系统长度以提高事先规定的结构空间内的表面才能够实现大的热量回收率。另外已经得到证明，在传统的热交换器内湍流是必要的。因此，这导致了局部很高的压力损失。然而，此外不能利用层流，因为在层流中由于与导热表面积的热交换不足之故产生所谓的热旁路。另一方面，湍流的产生为了克服由此产生的压差又需要过高的能耗和使用额外的、设备技术复杂且成本高的、具有相应尺寸的辅助组件，诸如压缩机、风扇、泵和类似的产生压力的设备。根据现有技术得出以下结果：热交换配置组件并不适合相应循环过程的循环热量回收。

在现有技术的热交换器中，这样的热交换器的储能可能性是非常有限的。由以下事实得出这个结论：热交换器必须由一种导热性非常好的材料构成并且因此热量通过散热而快速丧失。因此热交换器实际上根本不能用作真正储热的组件。

此外还缺乏适应性。将热交换器设计为完成尺寸的组件并装入一个给定的系统中。之后，这个部件不能进行事后调节并且通常很难维护或者修理。

而现有技术的已知储能系统基于所需的总能量或者热量或者可供使用的空间对必要的总容量进行平衡。这些储能系统通常不是为动态和循环的运行而设置的，而是为准静态进行的储热而设计的，该储热不适用于循环过程。

发明内容