CN105980802A - 用于热能储存器的设备 - Google Patents

用于热能储存器的设备 Download PDF

Info

Publication number
CN105980802A
CN105980802A CN201480069793.0A CN201480069793A CN105980802A CN 105980802 A CN105980802 A CN 105980802A CN 201480069793 A CN201480069793 A CN 201480069793A CN 105980802 A CN105980802 A CN 105980802A
Authority
CN
China
Prior art keywords
equipment
shell
heat
concrete
energy
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201480069793.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105980802B (zh
Inventor
保尔·博甘
克里斯多夫·格赖纳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Naisite Energy Co
Original Assignee
Naisite Energy Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Naisite Energy Co filed Critical Naisite Energy Co
Publication of CN105980802A publication Critical patent/CN105980802A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105980802B publication Critical patent/CN105980802B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D20/0056Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using solid heat storage material
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23PMETAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P15/00Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass
    • B23P15/26Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass heat exchangers or the like
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D20/02Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D20/02Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat
    • F28D20/021Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat the latent heat storage material and the heat-exchanging means being enclosed in one container
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D2020/0004Particular heat storage apparatus
    • F28D2020/0013Particular heat storage apparatus the heat storage material being enclosed in elements attached to or integral with heat exchange conduits
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D2020/0004Particular heat storage apparatus
    • F28D2020/0021Particular heat storage apparatus the heat storage material being enclosed in loose or stacked elements
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D2020/0065Details, e.g. particular heat storage tanks, auxiliary members within tanks
    • F28D2020/0078Heat exchanger arrangements
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/06Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits having a single U-bend
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/10Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically
    • F28D7/12Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically the surrounding tube being closed at one end, e.g. return type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/16Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/14Thermal energy storage
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E70/00Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
    • Y02E70/30Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Building Environments (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Pharmaceuticals Containing Other Organic And Inorganic Compounds (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
  • Saccharide Compounds (AREA)
  • Inorganic Insulating Materials (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

本发明提供了一种用于可简单扩展的热能储存器的设备,其特征在于,所述设备包括:外壳,所述外壳为浇铸模壳和加固件的结合;硬化混凝土形式的固态热储存介质,其在所述外壳内被浇铸并且被硬化。还提供了用于构建及使用该设备的方法,以及包括本发明的设备的热能储存器。

Description

用于热能储存器的设备
技术领域
本发明涉及能量储存,更具体地,本发明涉及用于固态热能储存器(TES)的设备,该设备使得热能储存器的制造、按比例扩展或缩减、运行和维护变得更加简单,更加有效和持久耐用,从而降低储存和后续输送能量的成本。
背景技术
电和热形式的能源对于当今社会是至关重要的。今天所有能源主体来自于化石一次能源,如煤、油和天然气。化石能源的排放最终会导致全球变暖和其他负面的环境影响。全球现在已经开始慢慢向可再生能源,如太阳能和风能转变。这些能源的固有性质在于它们依赖阳光、天气和气候环境,这最终导致能源供应的间歇性和较低的可靠性。绝大多数国家都有决心在其能源构成中增加可再生能源的比重,并且逐步淘汰污染严重的火力发电厂。遗憾的是,因为绝大多数可再生能源不可靠,并且当需要可再生能源时不能保证能源的输送,因此简单地关闭掉这些发电厂被证明是非常困难的;因此,不得不维持传统发电的职能,而不能将其淘汰。因为这个原因,高效的大型储能器已被确定为促进向依赖可再生能源转变,并且使来自可再生能源的能量具有可预见性和可靠性的关键推动因素。
热能储存器(TES)在将来会发挥重要作用,尤其是在聚光太阳能(CSP)发电厂,太阳能场生成的热在白天可以储存,并且在傍晚和夜晚可以释放以供使用。TES还可通过将多余的电能转化为热而储存来自于风电厂或光伏电厂的多余能量,这些热可以重新转化为电能。TES还可以应用于基于传统化石的发电厂或核能发电厂,可以增加可作的灵活性,这在间歇可再生能源具高普及率的地区变得越来越迫切。
能源储存实际上是从能源生成时间向能源需求时间转移能源的时间问题。关于能源储存,有一些因素是特别令人感兴趣的,例如能源损失、储存容量、输入输出期间的能源转移率,当然还有成本。挑战在于开发可以在这些因素上不负所望的能源储存技术。能源储存允许在可变能源不能被输送的时候输送能源,使得更大比例的能源成为可再生的和环保的。此外,因为能源和储存器可以同时传送能量,最大输送量可以被提高,并且由于储存器可以位于有需求的地点,电能或热能的传递网络可以更小。
虽然得到了政府提供的支持,但是整体的成本性能是并且将会是大规模转向可再生并且可持续的能源的主要动力。最终,严峻的考验在于提出一种可持续能源科技,并且尤其是,提出一种新能源储存技术,可以有助于急切需求的向环保能源供应的转变。
在公布的专利申请WO 2012/169900 A1中,描述了一种TES,该TES具有优于现有储存器的性能。更具体地,为热储存器提供了一种实用并且具有成本效益的方案,所述热存储器利用固态材料作为主要储存介质,允许能量作为高温热量进行储存,这意味着热能处于足够高的温度,以至于可以在汽轮发电机组或者等同的装置内将热有效地转化为电能。根据WO 2012/169900 A1的权利要求1,必要技术特征包括包含传热流体的传热容器,传热流体的所有传热对流和传导都发生在该传热容器内。用于能源输入的装置为高压管,该高压管用于接收热量,所述热量来自于太阳能发电厂、燃煤电厂、核能源、生物能源以及其他可以用热流体传送能量的能源,以及可选地来自于电力能源,该电力能源用于接收来自于可传送电能的能源,如基于风力涡轮机或光伏电压的太阳能发电厂的能量。用于能量输出的装置为单独的高压管或者相同的用于热输入的高压管。WO 2012/169900 A1的热能源储存器被称为NEST热能储存器。
在国际专利申请WO 2014/003577 A1中,描述了WO 2012/169900 A1中的热能储存器是如何地有益,从而简化各种类型的能源发电厂并且提高各种类型的能源发电厂的效率,所述能源发电厂可以是聚光太阳能发电厂。其必要特征为将能量从热源转移到,并且输送该储存的热到汽轮机或其他用户提供了效率和简化。
即使WO 2012/169900 A1和WO 2014/003577 A1的理论提供了迈向增加应用环保能源以替代化石能源和核能源的重要步骤,但是依然有待改进。实际上,即使政府为了加强向更环保的技术方案的转向而作了规定,但是在这方面成本依然是并且将来也会是主动力。成本不仅涉及到材料成本和构建成本,还涉及到运作成本、耐用性、维护和整体能源效率。寻求一种固态TES的改进的技术和设计可以产生重大的经济影响,从而有助于在更加可持续发展的方向上转变能源市场。
因此,对于可以降低成本并且加强TES的性能的技术,存在相应的需求。
发明内容
本发明提供了一种用于热能储存器的极其简单且多用途的设备,以满足上述需求。
更具体地,本发明提供了一种用于可简单扩展的热能储存器的设备,其特征在于该设备包括:
外壳,所述外壳为浇铸模壳和加固件的结合;
硬化混凝土形式的固态热储存介质,其在所述外壳内被浇铸并且被硬化。
优选地,该外壳为金属壳。或者,该外壳为织物壳,例如碳纤维壳、玻璃纤维壳、或硼纤维壳,或者复合材料壳或者碳材料壳,或者满足特定实施例及其应用的功能性需求的其他材料。更具体地,加固强度、热导性、在高温下的性质以及最终的成本都是用于满足功能性需求的最相关的参数。外钢壳,如碳钢壳或者不锈钢壳对于大多数实施例是最优选的。
外壳优选为金属壳,横截面形状为圆形、六边形、正方形、矩形、具有圆角或者半圆形短边的矩形,或多边形或其他形状。优选地,对于具有超高温或者较大动态温度范围的应用,该设备的横截面形状为圆形,以便最好的承受热应力。
优选地,外壳的一端是开放的,新鲜的未硬化混凝土被灌入并浇铸到该开放端中。可选的,该开放端在浇铸之后被金属壳盖封闭,这对于设备将要被完全容纳在热能储存器的壳体内的实施例是较优的。或者,该外壳两端可以均是开放的,但是在浇铸期间一端具有初始的盖,具有或者不具有用于让热交换器或者其他设备被浇铸进去并且从而埋入的的开口。浇铸固态热储存混凝土的方法优选为可一步完成的方法,然而,该浇铸方法可以包括多个步骤,例如在第一步之后为热交换器留有钻孔;插入热交换器,随后在热交换器内浇铸并且从而埋入所述热交换器,利用同样质量的混凝土或者更高质量的灌浆用于该随后浇铸。
该外金属壳是波纹状的,具有规则的波纹或者具有螺线管型的突起表面,或者该金属壳为光滑平整的。
本发明设备优选包括热交换器和电热设备中的一个或两个,作为热输入和输出的装置;所述装置已经被浇铸到混凝土内并且从而被埋入到该设备内。最优选地,该热交换器的大小满足在正常运作情况下,可提供传热流体的紊流。对于小直径管热交换器,这意味着Re>4000,更优选地,Re>5000,其中Re为雷诺氏数。为此,该管必须具有相比于流速相对较小的内直径,因此命名为小直径管。对于本领域技术人员众所周知,Re=QD/vA,其中Q为容积流率(m3/s),D为内管直径(m),v为运动粘度(m2/s),而A为管横截面面积(m2)。相较于较大直径管,该小直径管还有利于用于热输入和输出的高压流体在壁相对较薄的管内的流动。对于其他横截面形状,Re在正常运作情况下应该相应地也在可形成紊流的范围内,因为热交换器内的紊流可提高热交换。可选地,该热交换器具有外部鳍片、凸起、金属板或者其他可增加表面积的结构展开物,用于与固态储存介质进行热交换,然而,在具体设计时必须注意有关避免混凝土开裂的警示。作为埋入式电加热器的替代或辅助,在所述流体抵达该设备之前,可以通过加热该传热流体而产生电源热输入。
在一用于高温应用的实施例中,由于抗热应力,该设备包括小直径管式热交换器;该小直径管式交换器的形式为:设置于直径较大的具密封端的管段内的具开放端的直径较小的管段。
优选地,该设备包括一个或多个埋入式小直径圆筒形管式热交换器,作为一个、两个、三个、四个或者更多的U型管段,优选为平行地排列在固态热储存材料内,但是连接到共同的入口和共同的出口的两个U型管段,或者包括一个或多个螺旋状的埋入式小直径管式热交换器。这些实施例对于较宽运行温度范围和动态温度范围是较优的。如上文所提到的,术语“小直径管”表示相比于流速而言的较小直径,可在正常流速下导致紊流。具有多个U型小直径管或者多个U型或其他形状的热交换器设备的实施例可以应用于一个连续的管系统或者为多个管系统,该多个管系统串行或并行地连接。连续的管系统可以节省连接并且减少可能的泄漏点,但是可能难以实现。
该设备优选包括用于热输入和输出的埋入装置,该装置具有来自于该设备一侧的连接点或者端部。该外壳优选为由薄板状金属制成的钢壳;该薄板状金属的壁厚为0.1-1mm,优选壁厚约为0.5mm,并且它由钢条弯折而成并形成圆形的横截面形状,类似于通风管,并且可选地还可被形成例如六边形的横截面形状,其具有底盖或者帽。该固态热储存介质优选为容易浇铸的灌浆或者混凝土混合物,相对于作为用于建筑目的的标准混凝土的普通建筑用混凝土,其具有增强的热储存能力,增强的导热性以及对热致开裂的增强的抵抗力。本申请中的术语“混凝土”包括可硬化为外壳的耐热性材料,可用于最高的运行温度。该外金属壳备选地还通过将扁平的金属条纵向折叠,并且通过焊接或者折叠将该条带的侧边连接而制成。
本发明还包括一种构建根据本发明的设备的方法。该方法的特征在于以下步骤:
将该外壳置于竖直位置,并使其具有开放的上端;
将灌浆或混凝土混合物填充到该外壳内,直到指定水平;利用外金属壳作为浇铸模壳和加固件的结合。
优选地,该方法还包括以下步骤:
在浇铸前,根据需要利用间隔区和外部固定装置,将用于热输入和热输出的装置置于该外壳内;
填充灌浆或混凝土混合物直到指定水平,在该指定水平处,所述装置的端部或连接点在竖直站立时在该设备的顶部上方向上延伸。
优选地,该方法包括在浇铸期间振动该设备,从而增加该混凝土的密实度并且消除气泡。
本发明还提供了本发明的设备的应用,用于构建、按比例扩展或缩减,或者着手维护热能储存器。
具有作为相结合的浇铸模壳和加固件的外壳如金属壳,这一特征有助于节约成本、简化、大批量生产可简单运输的设备。该设备优选地不包括其他外壳或者加固件,除了可能的纤维或者在可浇铸灌浆或混凝土中的特殊聚合物,以及被埋入的热交换器或加热器的可能的强固效应,这简化了生产并且降低了成本。因此该外壳或者加固件由外壳构成。从横截面上看,该设备以及进而该外壳优选具有圆形或者基本为圆形的形状;由于这样可以对热致开裂提供了极致的抵抗力,从而允许运行期间出现非常高的温度以及非常高的动态温度范围,并且不会损坏该设备。该环形外壳具有理想的形状,以承受在包括本发明设备的热储存器的运行期间由于温度变化而面临的环形张力。优选地,该外壳类似于通风管的一段,通常被称为“螺线”型管。这是一个弯曲的管,其中如果该管是通过弯曲形成,则钢制或铝制的金属条被弯折并且/或者融合在一起。底盖或帽或其类似物提供在下端。该壳的强度以及进而其厚度必须足以在灌浆或混凝土的浇铸发生时承受液体静压力。或者,在浇铸和运行过程中强度足够的任何管段可以被使用,或者所述金属条可以被通过其他方式焊接或连接。通过将具有重叠的条带置于两个压缩旋转电极之间而电焊接该条带,是备选的可行的连接方法的一个示例。然而,用于弯曲螺线型管或者通风管的机器在市场中可从多种供应商处以商业手段获得,该机器可用于生产本发明设备的外壳。
本发明还提供了一种热能储存器,其特征在于它包括本发明的设备、隔热壳体,该设备被放置到该壳体内,还包括用于热能输入和输出的装置。在本发明的储存器中的本发明的设备的数量可以广泛变化,而其中一个区别性特征在于该储存器按照比例扩展和缩减是如何地简单:仅通过添加或取出本发明的设备即可,该设备的尺寸和重量易于被构建现场的起重机搬运。储存器内的设备的数量可能是2、5、10、40、100、200或500和更多,以及这些数字之间的任何整数。因此,所述数量的范围可以是从小于10到数以万计或者更多,这取决于每个设备的尺寸及其各自的能量储存容量,以及整个储存系统的理想的能量储存容量。举例来说,长度为12米且直径为250mm的设备可能能够储存25-50kWh或者更多的热能,因此具有50MWh容量的TES会需要1000-2000个这样的设备。同样地,通过用起重机安装、取出或者放入本发明的设备,安装、维护、维修和替换是较容易的。该设备可以作为位于热储存器内的一组或多组设备而被放置成并排竖直站立,或者作为位于热储存器内的一组或多组设备堆叠而被水平地铺设和堆叠。该设备可以放置于固定装置内或者模板内,或者配置有用于堆叠的中间设备,或者该设备可以被放置成紧密堆叠或者堆积,这取决于现有发电厂或系统的所需性能和集成度以及可取得的能量源。不同的实施例具有不同的优势。然而存在两组主要的实施例,即在该储存器的空间内,在该设备和壳体内侧之间具有或者不具有有源传热储存流体。所述有源传热和储存流体为停滞的或动态的。所述停滞的流体为液体,如热采原油、熔融的盐、或者熔融的金属、或者液固相变材料(PCM)。所述动态流体为气体或者液体。本发明的设备的密堆叠或者近密堆叠对于本发明中包含停滞传热或者储存流体或者PCM的储存器而言是可行的。在设备之间,动态主动传热和位于储存器壳体内部的空间中的储存流体对于允许环绕设备的流动的设备堆叠而言是可行的。这意味着流体流过该热储存器,在设备的外部和周围,但是在该壳体内部流动,该储存器壳体具有用于这种流体的入口和出口。该主动流体可以是热气体,如废气、燃烧气、烟道气或者其他热气,其达到的温度对于外壳和可选的埋入式热交换器或加热器是可承受的,例如约1000-2000℃。油可作为主动传热和储存流体,并且熔融的盐或金属也可以作为主动传热和储存流体。该动态主动流体在壳体内的环绕该设备的流动可以通过重力或强制流动或者同时通过两者实现。强制流动或者强制对流可以通过单独抽取或压缩,或者通过流体在被从来源处传送时的自有压力实现的。该储存器的增加的热储存容量和增加的传热率中的一者或两者在该壳体内部的设备与壳体之间提供有所述传热和储存流体。此外,对于具有位于一些或所有设备内的埋入式热交换器的热储存器实施例,可以促进经过该热交换器的循环水或者其他可用流体的加热和蒸发,这有利于将热交换器直接连通汽轮机,例如蒸汽轮机。对于设备内的例如水到蒸汽的直接蒸发,当从该储存器内提取能量时,流经热交换器和储存器的水流优选地被设置为逐渐或分步向上流动的,其手段是将设备水平排列,并且使水流被设置成从设备到设备逐渐或分步向上流动。因此,埋入式热交换器内的流动和重力导致的分离效应都在期望的向上方向上和朝向出口发挥着作用,该热交换器的出口优选位于该储存器的高点,而该热交换器的入口优选位于该储存器的低点。
本发明的设备可包括文中描述或示出的任何特征,可以是任何可实行的组合形式,每个这样的组合形式都是本发明的实施例。本发明的储存器可包括文中描述或示出的任何特征,可以是任何可实行的组合形式,每个这样的组合形式都是本发明的实施例。本发明的方法可包括文中描述或示出的任何步骤或特征,可以是任何可实行的组合形式,每个这样的组合形式都是本发明的实施例。
附图说明
本发明通过5幅图描述,其中:
图1描述了本发明的设备;
图2描述了本发明的设备的另一实施例;
图3描述了执行本发明的浇铸过程的一种可能的方式;
图4描述了本发明设备的另一实施例,以及包括本发明的设备的本发明的热储存器的细节;以及
图5描述了具有多排埋入式热交换器的本发明的设备。
具体实施方式
请参考图1,其示出了本发明的双U型弯头设备1的纵截面和横截面。用于热储存器的设备1包括用于热输入和输出的装置2、位于外金属壳4内部的固态热储存介质3,所述外金属壳4为浇铸模壳和环形加固件的组合。该用于热输入的装置为两个小直径管式热交换器2中的一个或全部以及电加热设备2E,并且用于热输出的装置为所述小直径管式热交换器2。箭头指示了传热流体(HTF)的流入和流出,并且图中描述了间隔区5,用作吊耳的(可选的)钢钩6以及钢后盖7。该双U型弯管设备的命名由来是两个U型弯头5U在混凝土或者灌浆中被平行地但是隔开一定距离地排列。每个小直径管式热交换器从设备的混凝土上方延伸,其上端延伸到该混凝土的上方,并且延伸到或接近设备的底端,其中该U型弯头连接两个平行的直管段。该弯头5U通过焊接或其他方式连接到直细管段。或者,连续的细管可以在弯折机,例如感应弯折机中被弯折成正确的形状,具有多个弯折和多个直段,并且仅有末端在混凝土上方向上延伸。可选地,一个或多个上部弯折可以延伸到混凝土上方以作为吊耳。或者,设备内的两个或多个埋入的U弯头可以被串行连接。该管直径足够小以确保产生紊流,并且该排列可提供较小的热传导距离和较大的表面面积,同时提供可能用简单的起重机提起和搬运的相对较小较轻的设备,这被认为是优选的实施例。
请参考图2,其中示出了本发明的管套管设备的纵截面和横截面。类似或相同的设备与图1具有相同的附图标号。从图中可以清晰地看出,在本实施例中,热输入和输出装置为位于外管2o内部的内管2i。该内管2i具有开放的下端,当该设备处于竖直站立时,例如在浇铸期间,该内管2i的下端并未一直向下延伸到该外管2o的下端。外管的下端是关闭的,其要么紧抵该设备的下端的钢盖4L,要么被单独的帽或盖8封闭。类似的,该外管在顶部9朝向该内管封闭。在本实施例中,提供了内间隔区5i和外间隔区5o用于分别在浇铸期间支撑内管段和外管段。该管套管实施例在热感应应力极大的情况下,如包括串行连接的多个设备的大型热储存器中的大量设备的端部,是可行的。该内管和已插入有该内管的外管的流动截面面积相似或相同,或者该内管和该已插入有内管的外管的雷诺氏数相似或相同,从而提供了紊流,这与现有技术的方案不同。
图3描述了构建本发明设备的方法。更具体地,描述了浇铸步骤,其中内部正确地排列有热输入和热输出装置(未具体描述)的外金属壳被以灌浆或混凝土进行填充,一直填充到指定的水平3P(在图1和图2中可见),在该指定的水平处,所述装置的端部或连接处在竖直站立时在该设备的顶部上方向上延伸。在这方面,有必要利用外壳作为浇铸模壳和环形加固件的结合,从而不需要独立的模壳也不需要其他的加固件或者外壳。因此,避免了独立浇铸模壳和独立的加固的成本和劳动,有利于简化该方法和降低成本。可以采用传统的混凝土混合和输送设备,例如干混筒仓10、强制式混凝土混合机11和用于浇铸操作的由起重器13搬运混凝土吊罐12。也可以采用其他备选的构建地点配置,如将混凝土混合物泵送到外壳内,或者利用进料和混合结合设备,例如用于进料和混合的螺杆或者输送机,或者传送带。通常的设备高度在竖直站立情况下为4-12米,通常的直径为0.20-0.35米。通常的设备重量为0.4-2公吨。通过增加或去除设备,按比例扩展或缩减储存是很简单的,。通过使用起重器,替换损坏的设备也是很简单的,,这有助于维护。当被定位于本发明的储存器的位置时,该设备可以被直接浇铸。
图4描述了本发明的设备1的另一实施例,以及包括本发明设备的本发明的热储存器的细节。更具体地,通过横截面C和纵向截面L描述的设备具有平整的近似矩形的截面形状,从横截面视图可以看出,其具有半圆形状的短边。热交换器2已经被铸造在外壳或衬套4内的混凝土3内,从而被埋入。在本发明的热储存器中,设备可以排列为垂直或水平方向,或者倾斜方向。本发明的储存器S的细节也被示出,该储存器S具有交错组织结构的设备,用以改进动态主动传热和储存流体的热传递。
图5描述了本发明的设备1,该设备具有多排埋入到近似矩形的外壳4内的热交换器2。
本发明的设备被设计为用于从零下到1000℃或者更高的任何操作温度。操作温度受材料和流体性质的限制,并且适于特定的TES应用;对于连接到蒸汽汽轮机或者有机朗肯循环的热储存器而言通常的操作温度范围为200-550℃。然而,如果应用于区域供暖、冷冻储存或者空调目的,则设备温度可以低于凝固点,例如-40℃或低于100℃。特低温度可能需要特殊的流体,以便在用于热输入和输出的管内循环。需要说明的是,热交换器内部的流体并不与混凝土直接接触,这意味着使用受压流体或者具有可能损坏用于传热装置的混凝土的化学成分的流体都将不会存在问题。

Claims (15)

1.一种用于可简单扩展的热能储存器的设备,其特征在于,所述设备包括:
外壳,所述外壳为浇铸模壳和加固件的结合;
硬化混凝土形式的固态热储存介质,所述混凝土在所述外壳内被浇铸并且被硬化。
2.根据权利要求1所述的设备,其特征在于,所述外壳为横截面形状为圆形的金属壳。
3.根据权利要求1或2所述的设备,其特征在于,所述外壳的一端是开放的,新浇的混凝土被灌入并浇铸到所述开放端中。
4.根据权利要求1-3中任一项权利要求所述的设备,其特征在于,所述外壳为波纹状金属壳,具有规则的波纹或者具有螺线型管的突起表面。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的设备,其特征在于,所述设备包括作为用于热输入和输出的装置的一个或两个热交换器以及作为热输入装置的电热设备,,所述装置被浇铸到所述混凝土内从而被埋入到所述设备内。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的设备,其特征在于,所述设备还包括被埋入的热交换器,所述热交换器的大小满足在正常运作情况下可提供紊流。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的设备,其特征在于,所述设备包括小直径管式热交换器;所述小直径管式热交换器的形式为:设置于直径较大的具密封端的管段内的具开放端的直径较小的管段。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的设备,其特征在于,所述设备包括一个或多个形状为U形管段的埋入式小直径管式热交换器,优选为平行地排列在所述固态热储存材料内的两个U型管段。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的设备,其特征在于,所述设备包括用于热输入和输出的嵌入式装置,所述埋入装置具有来自于所述设备一侧的连接点或者端部;所述外壳为金属壳;所述金属壳的壁厚为0.1-1mm,优选壁厚约为0.5mm,并且所述金属壳被由钢条弯折并形成圆形横截面形状,类似于通风管,并且所述金属壳具有底盖或者帽,并且所述固态热储存介质为容易浇铸的灌浆或者混凝土混合物,其相对于正常建筑用混凝土具有增强的热储存能力、增强的导热性以及对热致开裂具有增强的抵抗力。
10.一种构建如权利要求1-9中任一项所述的设备的方法,其特征在于,包括以下步骤:
将外壳置于竖直位置,所述外壳具有开放的上端;
将灌浆或混凝土混合物填充到该外壳内,一直到指定水平;利用外金属壳作为浇铸模壳和加固的结合。
11.根据权利要求10所述的方法,其特征在于,还包括以下步骤:
在浇铸前,根据需要利用间隔区和外部固定装置,将用于热输入和热输出的装置放置到所述外壳内;
填充灌浆或混凝土混合物直到指定水平,在该指定水平处,所述装置的端部或连接点在竖直站立时在该设备的顶部上方向上延伸。
12.根据权利要求10或11所述的方法,包括以下步骤:在浇铸期间使所述设备振动。
13.根据权利要求1-9中任一项所述的元件的应用,用于构建、按比例扩展或缩减,或者维护热能储存器。
14.一种热能储存器,其特征在于,所述热能储存器包括:根据权利要求1-9中任一项所述的设备;隔热壳体,所述设备设置于所述壳体内;以及用于热能输入和输出的装置。
15.一种热能储存器,其特征在于,包括设置于所述储存器的所述壳体内部且位于所述设备之间的传热和储存流体或者相变材料。
CN201480069793.0A 2013-12-20 2014-12-19 用于热能储存器的设备 Active CN105980802B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NO20131725 2013-12-20
NO20131725A NO339948B1 (no) 2013-12-20 2013-12-20 Element for termisk energilager
PCT/NO2014/050250 WO2015093980A1 (en) 2013-12-20 2014-12-19 Element for a thermal energy storage

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105980802A true CN105980802A (zh) 2016-09-28
CN105980802B CN105980802B (zh) 2020-05-05

Family

ID=53403185

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201480069793.0A Active CN105980802B (zh) 2013-12-20 2014-12-19 用于热能储存器的设备

Country Status (14)

Country Link
US (2) US20160320145A1 (zh)
EP (2) EP3090229B1 (zh)
JP (1) JP6802064B2 (zh)
KR (1) KR102283899B1 (zh)
CN (1) CN105980802B (zh)
AU (1) AU2014367353B2 (zh)
ES (1) ES2924916T3 (zh)
HU (1) HUE059702T2 (zh)
IL (1) IL246313B (zh)
MA (1) MA39191B1 (zh)
NO (1) NO339948B1 (zh)
SA (1) SA516371358B1 (zh)
WO (1) WO2015093980A1 (zh)
ZA (1) ZA201604210B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110375571A (zh) * 2019-07-02 2019-10-25 河北耀伏储能电器有限公司 内套管换热相变储能波纹管
CN111373204A (zh) * 2017-09-25 2020-07-03 诺斯特罗莫有限公司 热能存储阵列

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101381370B1 (ko) * 2013-02-18 2014-04-04 김병균 금속 열 저장장치
NO340371B1 (no) 2014-12-19 2017-04-10 Energynest As Høytemperatur termisk energilager, fremgangsmåte for bygging og fremgangsmåte for drift av dette lageret
NO339952B1 (no) 2014-12-19 2017-02-20 Energynest As Termisk energilager og varmeveklser
EP3401541A1 (en) * 2017-05-09 2018-11-14 EnergyServ SRL Combined heat and power battery
NO344182B1 (en) * 2017-12-05 2019-09-30 Energynest As Modular thermal energy storage system, improved method of operation of such systems and use of the thermal energy storage system
DE102018109846B4 (de) * 2018-04-24 2020-11-19 Heinrich Graucob Verfahren zur Einspeicherung elektrischer Energie
EP3983744A4 (en) * 2019-06-12 2023-06-07 EnergyNest AS THERMAL STORAGE BATTERY
NL2026046B1 (nl) * 2020-07-10 2022-03-15 Heatwacht Holding B V Inrichting voor het opslaan van elektrische energie, systeem en werkwijze daarvoor
NO20210187A1 (en) * 2021-02-12 2022-08-15 Energynest As Element for a thermal energy storage, a thermal energy storage with the element and use of the element
US11952920B2 (en) * 2021-07-08 2024-04-09 Guy James Daniel Energy recovery system and methods of use

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2049921A (en) * 1979-04-18 1980-12-31 Gravare C J An improved heating installation
CN2041768U (zh) * 1988-09-12 1989-07-26 北京科技大学 一种旋流式换热器
US5623986A (en) * 1995-09-19 1997-04-29 Wiggs; B. Ryland Advanced in-ground/in-water heat exchange unit
JP2000161882A (ja) * 1998-11-26 2000-06-16 Hitachi Ltd 蓄熱・蓄冷槽
US6789608B1 (en) * 2002-04-22 2004-09-14 B. Ryland Wiggs Thermally exposed, centrally insulated geothermal heat exchange unit
JP2004309124A (ja) * 2003-03-25 2004-11-04 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd 地中熱交換器
WO2010085574A1 (en) * 2009-01-21 2010-07-29 Ausra, Inc. Thermal energy storage for superheat applications
WO2012169900A1 (en) * 2011-06-09 2012-12-13 Nest As Thermal energy storage and plant, method and use thereof
CN103453571A (zh) * 2013-08-09 2013-12-18 西安交通大学 一种封闭循环采暖系统

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3302407A (en) * 1964-04-20 1967-02-07 Continental Oil Co Subterranean storage facilities and method of constructing such facilities
US3381113A (en) * 1964-09-29 1968-04-30 Albright & Wilson Mfg Ltd Heat storage apparatus
US3624356A (en) * 1970-05-04 1971-11-30 Charles Dewey Havill Heat storage apparatus
US4442826A (en) * 1980-11-04 1984-04-17 Pleasants Frank M Prefabricated panel for building construction and method of manufacturing
US4412426A (en) * 1980-12-22 1983-11-01 Yuan Shao W Wiser cooling system
US4452229A (en) * 1981-11-13 1984-06-05 Kim Powers Thermal heat storage and cooling system
JPS58156151A (ja) * 1982-03-10 1983-09-17 Toshiba Corp 蓄熱槽
JPS6129266U (ja) * 1984-07-27 1986-02-21 仁 鈴木 熱交換用のねじ込み杭
DE4328934A1 (de) * 1993-08-27 1995-03-02 Dillinger Stahlbau Schalrohr
US5694515A (en) * 1995-01-09 1997-12-02 The University Of Florida Contact resistance-regulated storage heater for fluids
US5816314A (en) * 1995-09-19 1998-10-06 Wiggs; B. Ryland Geothermal heat exchange unit
US5833394A (en) 1996-06-12 1998-11-10 Michael W. Wilson Composite concrete metal encased stiffeners for metal plate arch-type structures
CH694868A5 (de) * 2001-03-15 2005-08-15 Fredy Fallegger Heiz-/Kuehlsystem sowie Verfahren zu seinem Betrieb.
US7425449B2 (en) * 2002-04-30 2008-09-16 The Regents Of The University Of California Site specific Listeria integration vectors and methods for using the same
DE10350879A1 (de) * 2003-06-12 2005-01-05 Heiko Hesse Gebäudewand
AU2008222571B2 (en) 2007-03-06 2012-07-05 Jansen Ag System for configuring earth probes
JP2008281320A (ja) * 2007-05-09 2008-11-20 Yamaguchi Takeshi 蓄熱式床暖房装置
WO2008148073A1 (en) * 2007-05-25 2008-12-04 Hardin James R Geothermal heat exchanger
DE102009036550A1 (de) * 2008-11-01 2010-05-06 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR) Vorrichtung und Anlage zum Zwischenspeichern thermischer Energie
US10422587B2 (en) * 2009-11-05 2019-09-24 Tai-Her Yang Vertical fluid heat exchanger installed within natural thermal energy body
EP2369290B1 (en) * 2010-03-26 2012-05-09 ABB Oy Outdoor enclosure for electronic equipment and method for providing an outdoor enclosure for electronic equipment
KR20120078271A (ko) * 2010-12-31 2012-07-10 코오롱글로벌 주식회사 지중 열교환장치
GB2489011A (en) * 2011-03-16 2012-09-19 Green Structures Ltd Thermal energy store
EP2525051A1 (en) * 2011-05-20 2012-11-21 Alstom Technology Ltd Solar thermal power plant
DE102011085722B4 (de) * 2011-11-03 2020-11-19 ZAE Bayern Bayerisches Zentrum für angewandte Energieforschung e.V. Latentwärmespeicher mit einem Phasenwechselmaterial und Verfahren zur Erzeugung eines Phasenwechsels in dem Phasenwechselmaterial
NO337357B1 (no) 2012-06-28 2016-03-29 Nest As Anlegg for energiproduksjon
WO2014151340A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-25 Caloris Acquisition, Llc Liquid to liquid multi-pass countercurrent heat exchanger

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2049921A (en) * 1979-04-18 1980-12-31 Gravare C J An improved heating installation
CN2041768U (zh) * 1988-09-12 1989-07-26 北京科技大学 一种旋流式换热器
US5623986A (en) * 1995-09-19 1997-04-29 Wiggs; B. Ryland Advanced in-ground/in-water heat exchange unit
JP2000161882A (ja) * 1998-11-26 2000-06-16 Hitachi Ltd 蓄熱・蓄冷槽
US6789608B1 (en) * 2002-04-22 2004-09-14 B. Ryland Wiggs Thermally exposed, centrally insulated geothermal heat exchange unit
JP2004309124A (ja) * 2003-03-25 2004-11-04 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd 地中熱交換器
WO2010085574A1 (en) * 2009-01-21 2010-07-29 Ausra, Inc. Thermal energy storage for superheat applications
WO2012169900A1 (en) * 2011-06-09 2012-12-13 Nest As Thermal energy storage and plant, method and use thereof
CN103453571A (zh) * 2013-08-09 2013-12-18 西安交通大学 一种封闭循环采暖系统

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111373204A (zh) * 2017-09-25 2020-07-03 诺斯特罗莫有限公司 热能存储阵列
CN110375571A (zh) * 2019-07-02 2019-10-25 河北耀伏储能电器有限公司 内套管换热相变储能波纹管
CN110375571B (zh) * 2019-07-02 2024-04-19 河北耀伏储能电器有限公司 内套管换热相变储能波纹管

Also Published As

Publication number Publication date
AU2014367353A1 (en) 2016-06-23
IL246313A0 (en) 2016-07-31
CN105980802B (zh) 2020-05-05
EP4060273A1 (en) 2022-09-21
SA516371358B1 (ar) 2021-07-26
KR20160101052A (ko) 2016-08-24
KR102283899B1 (ko) 2021-07-30
AU2014367353B2 (en) 2019-01-17
NO20131725A1 (no) 2015-06-22
US20160320145A1 (en) 2016-11-03
NO339948B1 (no) 2017-02-20
EP3090229B1 (en) 2022-06-15
ZA201604210B (en) 2017-11-29
EP3090229A1 (en) 2016-11-09
WO2015093980A1 (en) 2015-06-25
ES2924916T3 (es) 2022-10-11
JP6802064B2 (ja) 2020-12-16
IL246313B (en) 2019-02-28
MA39191B1 (fr) 2017-10-31
JP2017511868A (ja) 2017-04-27
US20230059175A1 (en) 2023-02-23
MA39191A1 (fr) 2017-02-28
EP3090229A4 (en) 2017-11-08
HUE059702T2 (hu) 2022-12-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105980802A (zh) 用于热能储存器的设备
CN107250706B (zh) 热能储存器和热交换器
US10107563B2 (en) Thermal energy storage and plant, method and use thereof
US9574551B2 (en) Power tower—system and method of using air flow generated by geothermal generated heat to drive turbines generators for the generation of electricity
CN103836795B (zh) 一种单罐电能蓄能装置及其使用方法
CN106168418A (zh) 一种冷热电联产地下连续墙装置及其施工方法
CN106642766A (zh) 封闭式内井循环换热管
CN207797205U (zh) 太阳能跨季储热系统
JP2011040550A (ja) 太陽エネルギー及び風力の発電構造
WO2009105736A2 (en) Thermal storage system
CN108506995A (zh) 非能动单罐储热供暖系统
KR101290110B1 (ko) 태양열 판형상 집열기를 이용한 캡형 온수공급장치
KR101580799B1 (ko) 열에너지 저장기 및 그의 제조방법, 이를 이용한 태양열 발전 시스템
JP5305456B2 (ja) 地熱と地下水熱とを利用した循環型融雪システム
CN203782699U (zh) 预应力混凝土的地源热泵换热管桩
FI20195158A1 (fi) Järjestely energian varastoimiseksi
CN102384051A (zh) 一种太阳能发电站
OA16681A (en) Thermal energy storage and plant, method and use thereof.
CN102384049A (zh) 一种太阳能发电站

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant