CN102422113B - 具有至少一个存储元件的蓄热器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种蓄热器(1)，具有至少一个存储元件(3)，所述存储元件具有由陶瓷制成的相互层叠的型砖(4)，其基本上设置在复合墙体(13)中，其中，每个型砖(4)具有基本上矩形的和/或三角形的横截面，型砖(4)中的至少几个特别是具有减小从一个型砖(4)到另一个型砖(4)的热传导的脚部(17)，脚部设置在型砖(4)的角落中且通过在型砖下端部铣磨型砖(4)形成，其中，通过铣磨同时构建具有侧部的穿流孔(27)的在横截面上为圆形的横流室(14)，以及所述穿流孔(27)与其它型砖(4)的穿流孔(27)配合用于增大穿过多个并排设置的型砖(4)的横流室(14)。

Description

具有至少一个存储元件的蓄热器

技术领域

本发明涉及一种具有至少一个存储元件的蓄热器，所述存储元件具有相互层叠的型砖。

背景技术

文章开头所述类型的蓄热器是公知的。其比如用于中间存储过量的过程热，以便能够在稍后的时间点以适当的方式使用热。此类蓄热器比如结合用于热力废气净化的废气净化设备使用。蓄热器具有壳体，在壳体中设置至少一个存储元件。存储元件由蓄热的材料构成，其中，特别是采用陶瓷材料。蓄热的材料以型砖的形式存在，其相互层叠。为了装载蓄热器，将热的介质流穿过至少一个存储元件传导，从而将其加热。为了卸载蓄热器或者说为了取出存储的热将冷的介质流穿过加热过的存储元件传导，由此加热介质流且在穿流存储元件之后作为热的介质流提供。

型砖具有大量用于介质的穿流槽。对于相互层叠的型砖而言其通常如此设置，使设置在下面的型砖的穿流槽和设置在上面的型砖的穿流槽对齐，也就是说，与其处于流体连接中。介质可以以这种方式从下向上贯通地穿流存储元件的型砖。热的置入和热的取出根据在装载和卸载时的能量流实现，其中，能量流可以大小不同。由此可以局部地在蓄热器中或者说在其存储元件中出现温度升高。在将热置入蓄热器时调节出温度曲线。此外蓄热器在入口侧具有最高的温度。蓄热器的温度从介质入口出发朝蓄热器的介质出口的方向减小，从而在此存在最低的温度。这相应地也适用于取出热时的温度分布。

如果不向蓄热器输入或从蓄热器取出热，即蓄热器闲置，则发生蓄热器容积上的温度曲线的均匀化。此外在蓄热器中存在的最高温度和最低温度接近平均温度。该均匀化主要由于蓄热器内部的热传导而发生。由于存储元件的型砖是相互层叠的，因此它们具有接触点且基本上处于面接触中。这导致较热的型砖将热发送到较冷的型砖上，由此随着时间的流逝由于型砖的温度平衡调节出平均温度。该温度平衡，即蓄热器内部的温度的均匀化常常是不希望的，因为在取出热时可实现的温度仅还等于或小于平均温度，但不近似与在卸载时存在的较高的温度相符。

发明内容

本发明的目的在于，提出一种具有至少一个存储元件的蓄热器，其中，即使在更长的闲置暂停的情况下也保留了所希望的温度分布状态。特别是在竖直方向上的温度均匀化至少应被减小或者说延迟。此外应优选在蓄热器中保留可复制的状态，从而可以实现具有较高效率的最佳的过程引导。这意味着，在卸载蓄热器时用作卸载的介质可以几乎被带到在装载蓄热器时存在的较高的温度上。

该目的根据本发明通过具有权利要求1的特征的蓄热器实现。在这种情况下设置成，型砖基本上以复合墙体的形式设置。该相互层叠的型砖比如存在于上层和下层中。下层的型砖并排设置，从而在这些型砖之间分别存在一个接合缝。这些接合缝应基本上被上层的型砖覆盖。因此相互层叠的型砖依次存在于相互横向错开的复合件中，由此形成复合墙体。各接合缝可以完全被一个型砖，但也被由多个型砖构成的复合件覆盖。型砖的错开结构可以仅一个方向上设置，但型砖也可以在两个、特别是相互垂直的方向上相互错开设置。以这种方式减小了型砖之间、特别是相叠设置的型砖层之间的热传导，从而防止或至少延迟了蓄热器内部的温度均匀化。

型砖可以具有任意形状，但其优选是长方体形，具有矩形的横截面。可替换的是也可以设置三角形的横截面或型砖是金字塔形。型砖可以比如由陶瓷构成，即是异型陶瓷石材。该材料的特点主要在于其较高的耐热性。这由于蓄热器的周期性的加热和冷却循环是有意义的。穿流槽可以特别具有任意的横截面形状。其优选是圆状或矩形的、特别是正方形的。

本发明的一种改进在于，型砖形成多个型砖层，其中，在至少两个型砖层之间构建至少一个横流室(Querstromraum)。通常在相互层叠的型砖中，也在设置于复合墙体的型砖中，型砖的穿流槽相互处于直接的流体连接中。这意味着，介质从一个型砖的一个穿流槽直接流入另一个型砖的另一个穿流槽中。介质基本上仅在介质的主流动方向上贯穿蓄热器。为了也能够在另一个方向上特别是垂直于介质的主流动方向的平面内更换介质，设置横流室。其设计在至少两个型砖之间。这意味着，介质在穿流型砖层的型砖之后首先流入横流室中，用以从横流室出来紧接着到达下一型砖层的型砖中。下一型砖层位于介质的主流动方向上。以这种方式在针对型砖的每个穿流槽的横流室中基本上存在一个自由射流，也就是说，在横流室中发生穿流型砖或者说型砖的穿流槽的介质的扩散。由此从型砖的穿流槽流出的介质不是直接流入设置在一个型砖的穿流槽上方的另一个型砖的穿流槽中，而是在型砖的穿流槽之间发生介质的横向混合。横流室破坏了在穿流型砖的穿流槽时构建的紊流结构且特别是用于平息紊流强度。以这种方式在卸载或装载时实现蓄热器的更高的效率。

本发明的另一种改进在于，型砖中的至少一些具有特别是减小从一个型砖到另一个型砖的热传导的脚部。型砖通过脚部与特别是位于下层的型砖处于连接中。这意味着，型砖仅通过相对极小的面、即脚部的面相互处于面接触中且不是大致在所有面上以型砖的相对面对的侧面相互接触。借助于型砖的脚部也可以通过型砖在由脚部占据的区域以外相互间隔在两个型砖层之间构建横流室。脚部应特别是减小型砖之间的热传导。相比于在所有面上相互处于接触中的型砖而言，这主要通过减小型砖之间的接触面来实现。

本发明的另一种改进在于，脚部与各型砖的其余区域一体地设计。因此脚部由和型砖本身同样的材料构成。可以设置成，脚部直接在制造型砖之后构建或在制造型砖时构建。但也可以首先制造型砖且随后从型砖中加工出脚部，特别是在运用剥除加工方法的情况下，比如铣磨。可替换的是也可以将脚部独立于型砖制造且后续安装到型砖上。以这种方式可以使脚部以不同于型砖的材料的材料构成，且特别比如在于良好的隔热特性。

本发明的另一种改进在于至少一个设计在存储元件上方和/或下方的用于穿流蓄热器的介质的收集室。这样在蓄热器中设置至少一个收集室，其可以在流动方向上设置在至少一个存储元件之前和/或之后。收集室也可以连接到多个存储元件上，从而使其用于将介质分布到存储元件上或者将介质在其穿流存储元件之后引导到一起。这样到达蓄热器的介质可以首先到达收集室且随后才穿流至少一个存储元件。同样可以设置成，介质在穿流至少一个存储元件之后到达另一个收集室，之后再从蓄热器中输出。因此收集室可以用于使流体在穿流存储元件之后均匀化。

本发明的另一种改进在于配设的收集室中的至少一个介质入口，其中，介质入口垂直于介质穿过型砖的穿流方向设置。这样为各收集室配设至少一个介质入口。借助于介质入口可以使介质到达蓄热器的收集室。此外介质入口相对于介质穿过型砖的穿流方向转弯(angewinkelt)，从而实现介质基本上垂直于穿流方向流入收集室。以这种方式实现介质在进入至少一个存储元件之前在收集室中有效地混合。

本发明的另一种改进在于配设的收集室中的至少一个介质出口，其中，介质出口垂直于介质穿过型砖的穿流方向设置。对于介质出口而言适用已经针对介质入口所述的内容。因此为收集室配设至少一个介质出口且用于使介质基本上垂直于介质的穿流方向穿过型砖流出。为此将介质出口相对于穿流方向转弯地设置。此外可以选择在穿流方向和穿过介质出口设置的出流方向之间的任意角度。不仅对于介质入口而且对于介质出口可以设置成，多个介质入口或介质出口分别相互面对地设置。以这种方式可以确保蓄热器的均匀的装载或卸载。

在本发明的一种改进中，型砖具有基本上矩形的和/或三角形的横截面。因此其比如是长方形、特别是骰子形。具有任意基面(比如矩形或三角形)的型砖的金字塔形状也是可以的。此类的型砖可以以相互交替的定向设置。

本发明的一种改进在于型砖是蜂窝石材。这种型砖的穿流槽在其横截面上基本上是矩形的、特别是正方形。

本发明的一种改进在于型砖由陶瓷构成。可替换的是其也可以仅具有陶瓷。该材料的特点在于其较高的耐温度变换特性。与其它材料相比，由陶瓷构成的型砖(异型陶瓷石材)特别持久、特别是即使在蓄热器的较短的装载和卸载周期的情况下。

附图说明

下面借助于在附图中示出的实施例详细描述本发明，但不用于限制本发明。

其中：

图1示出了具有存储元件的蓄热器的示意性侧视截面图，存储元件具有相互层叠的型砖，

图2示出了型砖的截面图，以及

图3示出了型砖的仰视图。

具体实施方式

图1示意性示出了蓄热器1，其比如可以用于中间存储过程热。蓄热器1应以如下方式设计，尽可能长时间地保留在其中存在的温度曲线，即在蓄热器1内部发生尽可能小的温度均匀化。在装载蓄热器1时设置朝箭头2的方向的介质流，蓄热器1被热的介质从上向下穿流。在蓄热器1中设置存储元件3，其具有相互层叠的型砖4。在所示的例子中设置第一层5和第二层6。但这仅用于举例插图，在技术上的应用中通常设置大量的层。在这里第一层5是最下面的层且第二层6层叠在第一层5上方。型砖4比如是蜂窝石材，其特别可以由陶瓷构成。原则上型砖4可以具有任意形状，在所示的例子中是长方形，具有矩形的横截面。

在装载时在流动方向上(箭头2)在存储元件3前设置第一收集室7且在存储元件3后设置另一个收集室8。为第一收集室7配设两个介质入口9、为第二收集室8配设两个介质出口10。在装载蓄热器1时设置成，流体可以通过介质入口9到达第一收集室7，从那里到达存储元件3，在箭头2的方向上穿流存储元件3，在第二收集室8中收集且最后可以通过介质出口10从第二收集室8中出来。两个层5和6的型砖4在横向上以如下方式并排设置，使得它们通过其侧面基本上处于相互面接触中。此外分别在两个型砖4之间形成一个接合缝11。在存储元件3的外壁12和型砖4之间也会存在接合缝11。接合缝11设计的方式为，在装载或卸载期间不出现或仅出现极少的介质穿流接合缝11。

层5和6的型砖4如此设置，第二层6的型砖4覆盖第一层5的型砖4之间的接合缝11。为此它们在横向上错开地设置。这样多个层、比如层5和6的型砖4形成复合墙体13或者说以复合墙体的形式设置。型砖4可以如在图1中可见在侧向上相互错开。附加的或可替换的是，也可以使型砖4垂直于该方向同样错开设置，比如第二层6相对于第一层5在绘图平面中里外错开。

在第一层5和第二层6之间设置横流室14。横流室14允许介质在穿流存储元件3期间的横向分布。在不设置横流室14的区域中，介质比如朝箭头15的方向从第一层5流入第二层6。如果设置横流室14，则可以比如存在介质沿箭头16的走向。横流室14由型砖4的脚部17形成。第二层6的型砖4通过脚部17与第一层5的型砖4发生接触。这样在第一层5的型砖4和第二层6的型砖4之间不存在所有面上的接触。这样减小了型砖4之间的接触面18。以这种方式同样可以减小层5和6之间的热传导。除了构建横流室14之外脚部17的目的还在于，以如下方式减小层5和6的型砖4之间的接触面18，即使得型砖4之间的热传导极小。

此外脚部17与型砖4的其余区域19一体地设计。其余区域19也可以被称作型砖体。脚部17比如借助于剥除工艺，比如铣磨，从型砖4中加工出来。同时也形成横流室14。

为了将型砖4保持在其位置中，比如在第二收集室8和型砖4的第一层5之间的区域中设置可穿流的支撑件20，第一层5的型砖4以其脚部17立于其上。

蓄热器1或者说存储元件3基本上显示为单存储器。但此外给出的是，长时间地保持蓄热器中的温度分层。在装载蓄热器1时，即以热的介质朝箭头2的方向穿流时在存储元件3中形成“热”端部21和“冷”端部22。这意味着，在端部21存在较高的温度，在端部22上存在相对较低的温度。在这两个温度之间可以在存储元件3的高度上直接在装载之后存在任意的温度分布。该温度分布在时间的推移中基本上保持相同或仅极小地改变。这种改变可以比如存在于壁部12的区域中，在这里温度略微下降，因为蓄热器1的隔热无法实现完全绝热的边界条件。

图2示出了单个的、自由放置的型砖4的侧视截面图。图中可见穿流槽23，其设计在型砖4中。穿流槽23不仅在上端部24而且在下端部25是敞开的，这样在两侧与型砖4的环境26处于流体接触中。如在图2和3中可见，不同于在图1中所示的例子，在该实施方式中脚部17仅设置在型砖4的角落中。脚部17比如通过在型砖下端部25铣磨型砖4形成。此外同时产生横流室14，其在这里在横截面上设计成圆形的。脚部17或横流室14设置的方式为，在侧面形成穿流孔27，其与其它型砖4的穿流孔27配合，用以在多个并排设置的型砖4上增大横流室14。以这种方式可以存在横流室14，其在横向上在多个型砖4上延伸。因此多个型砖4的横流室14通过穿流孔27处于流体连接中。

在图3中可见，穿流槽23不仅设置在横流室14的区域中也设置在脚部17的区域中。穿流槽23在所示的例子中是圆状的，可替换的是穿流槽23也可以是矩形的，特别是正方形的横截面。具有不同横截面的穿流槽23的组合也是可以的。比如型砖4可以在外部区域中具有圆状的穿流槽23以及在内部区域中具有矩形的穿流槽23或者反过来。

针对蓄热器1可以特别是采用非常大的型砖4，比如具有150mm乘150mm的基面的型砖、所谓的60英寸型砖。该尺寸的型砖4可以比如具有60乘60即3600的穿流槽23。通过如上所述以复合墙体13形式的型砖4的结构，延迟或防止了温度的均匀化。蓄热器1的该作用可以通过横流室14、脚部17以及60英寸型砖的使用进一步改善。利用这些措施的组合实现了最高的效率，而一个个措施的实现足以使蓄热器1获得明显延迟的温度均匀化。

在(通过以介质朝箭头2的方向的反方向向蓄热器1供料的方式)卸载蓄热器1时，可以实现在蓄热器1中加热的介质的如下温度，该温度接近用于装载时使用的介质的温度。这在常见的蓄热器中不是这种情况，因为常见的蓄热器中在短时间之后就已经发生温度曲线的强烈均匀化，因此用于卸载的介质仅可以被带到相对较低的温度上。

Claims (7)

1.一种蓄热器(1)，具有至少一个存储元件(3)，所述存储元件具有由陶瓷制成的相互层叠的型砖(4)，两层的型砖(4)在横向上错开地设置，所述型砖(4)基本上设置在复合墙体(13)中，其中，每个型砖(4)具有基本上矩形的和/或三角形的横截面，型砖(4)中的至少几个具有减小从一个型砖(4)到另一个型砖(4)的热传导的脚部(17)，脚部仅设置在型砖(4)的角落中且通过在型砖下端部铣磨型砖(4)形成，其中，通过铣磨同时构建具有侧部的穿流孔(27)的在横截面上为圆形的横流室(14)，以及所述穿流孔(27)与其它型砖(4)的穿流孔(27)配合用于在多个并排设置的型砖(4)上增大所述横流室(14)。

2.根据权利要求1所述的蓄热器，其特征在于，型砖(4)形成多个型砖层(5、6)，其中，在至少两个型砖层(5、6)之间构建至少一个横流室(14)。

3.根据权利要求1或2所述的蓄热器，其特征在于，脚部(17)与各型砖(4)的其余区域(19)一体地设计。

4.根据权利要求1或2所述的蓄热器，其特征在于至少一个设计在存储元件(3)下方和/或上方的用于穿流蓄热器(1)的介质的收集室(7、8)。

5.根据权利要求4所述的蓄热器，其特征在于配设的收集室(7)中的至少一个介质入口(9)，其中，介质入口(9)垂直于介质穿过型砖(4)的穿流方向(2)设置。

6.根据权利要求4所述的蓄热器，其特征在于配设的收集室(8)中的至少一个介质出口(10)，其中，介质出口(10)垂直于介质穿过型砖(4)的穿流方向(2)设置。

7.根据权利要求1或2所述的蓄热器，其特征在于，型砖(4)是蜂窝状砖。