CN106133470A - 蓄热器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于存储热能的蓄热器(1)，其包括具有水平延伸的纵轴线(100)的容器(2)，其中，所述容器(2)包括由大量石头类元件(4)构成的蓄热器材料(5)。按照本发明，所述容器(2)在第一局部区域(61)中具有第一开口(81)并且在第二局部区域(62)中具有相对于所述第一开口(61)竖向错移的第二开口(82)，其中，布置在所述第一局部区域(61)中的石头类元件(4)的平均直径大于布置在所述第二局部区域(62)中的石头类元件(4)的平均直径。

Description

蓄热器
本发明涉及一种按照权利要求1的前序部分所述的蓄热器。
蓄热器是热学能量存储器，其存储热能(热量)并且进而使电能的生产与热能的生产或制备在时间上分离。借助蓄热器存储的热能可以接着作为热量直接导向用户或者再次用于生产电能。
蓄热器可以是散料式存储器，其包括作为散料的石头或者砖瓦。在此，散料式存储器通常借助约600℃的热流体蓄热。
现有技术中分为竖直式和水平式定向的蓄热器。相对于竖直式蓄热器，在水平式蓄热器中存在竖向的温度锋(Temperaturfront)。在水平式蓄热器的蓄热和放热时，所谓的竖向的温度锋由于沿水平方向进行的自然对流而发生变化，使得蓄热器发生在温度方面不均匀的蓄热和放热。以此使得水平式蓄热器的效率受到限制。
现有技术试图借助布置在水平式蓄热器内的水平的和/或竖直的板件阻止自然对流。无论如何通常为此都需要大量的板件。对于竖直地布置的板件额外地提高了水平式蓄热器在蓄热和放热时的压力损失。
本发明要解决的技术问题在于，改进水平式蓄热器。
所述技术问题通过一种具有独立权利要求1的技术特征的蓄热器和一种用于运行蓄热器的具有独立权利要求13的技术特征的方法解决。在从属权利要求中给出本发明的有利设计方案和进一步设计方案。
按照本发明的用于存储热能的蓄热器，其包括具有水平延伸的纵轴线的容器，其中，所述容器包括由大量石头类元件构成的蓄热器材料，并且所述容器在第一局部区域中具有第一开口并且在第二局部区域中具有相对于所述第一开口竖向错移的第二开口，其中，布置在所述第一局部区域中的石头类元件的平均直径大于布置在所述第二局部区域中的石头类元件的平均直径。
通过水平延伸的纵轴线形成水平定向的或者水平式的蓄热器。
石头类元件的平均直径应理解为石头类元件的最小或最大尺寸的基于石头类元件的平均直径。以此也可以规定，相对于布置在第二局部区域中的石头类元件，布置在第一局部区域中的石头类元件的平均长宽比较大。单个的长宽比表示石头类元件从最大尺寸至最小尺寸的各个比例。平均长宽比则表示各个长宽比的平均值。
在容器的第一局部区域中，布置在其中的石头类元件按照本发明具有比布置在第二局部区域中的石头类元件更大的平均直径。在此，容器的包括具有较小平均直径的石头类元件的第二局部区域构成蓄热器的用于存储热能的真正的局部区域。在此，第一局部区域按照本发明规定用于流入或流出的流体的水平的均匀分布。按照本发明，通过布置在第一局部区域中的更大的石头类元件实现流体的分布，该石头类元件平均具有比布置在第二局部区域中的石头类元件更大的直径。有利的是，由此实现的分布具有尽可能小的压力损失。在借助第一局部区域使流体均匀分布后，流体从第一局部区域流进第二局部区域。由此实现流体的近似竖向的流动走向，使得近似水平的温度锋被设置在蓄热器或者容器内。
换句话说，通过按照本发明的蓄热器在水平式蓄热器中实现水平的温度锋。按照本发明的水平式蓄热器因此实现使竖直式蓄热器的优点、即水平的温度锋转移到竖直定向的蓄热器上。因此通过沿垂直于水平的温度锋的方向(竖直方向)进行的自然对流，使得按照本发明的水平式蓄热器的温度锋在蓄热、放热时和/或在停机阶段中均不变形。以此改进按照本发明蓄热器的效率。
通过按照本发明的第一和第二开口的竖向错移减小了在蓄热器内的温度梯度。优选的是，第一开口到容器底部的竖向距离小于第二开口到容器底部的竖向距离。还规定，第二开口到容器顶盖的竖向距离相对于第一开口到容器顶盖的竖向距离更小。换句话说，第一开口布置在容器底部附近并且第二开口布置在容器顶盖的附近。由此使第一和第二开口具有相对彼此的竖向错移。适宜地，通过第一开口流入或流出的流体的温度小于通过第二开口流入或流出的流体的温度。
在用于运行按照本发明的蓄热器的方法中，流体借助第一或第二开口流入蓄热器的容器中并与蓄热器材料热接触，其中，为了使蓄热器放热，流体通过第一开口流入并且通过第二开口流出，和/或为了使蓄热器蓄热，流体通过第二开口流入并且通过第一开口流出。
为了放热，冷流体借助布置在第一局部区域中的第一开口流入蓄热器的容器中并且热流体借助布置在第二局部区域中的第二开口流出。在此，第一局部区域布置在容器底部附近，并且第二局部区域布置在容器顶盖附近。冷流体在此所具有的温度小于蓄热器材料的温度。热流体具有比蓄热器材料更高的温度。换句话说，在放热时存储在蓄热器或蓄热器材料中的热量通过热接触从蓄热器材料传递到流体上。在此规定，在冷流体流入时流体的温度近似453.15K(180℃)，并且在热流体流出时流体的温度近似873.15K(600℃)。
通过布置在底部附近的第一开口和布置在顶盖附近的第二开口，得到流体通过容器的有利的流动走向，其在蓄热器放热时从容器底部向容器顶盖延伸。在此通过第一局部区域使经第一开口流入的流体在容器内分布，实现流体在第二局部区域中近似竖直的流动走向。以此实现近似均匀的水平的温度分布或者近似水平的温度锋。
在蓄热器蓄热时，流体通过第二开口流入并通过第一开口流出。
针对上述按照本发明的蓄热器还得到按照本发明的方法的同样和等效的优点。
按照本发明的有利的设计方案，蓄热器材料由大量石头类元件构成。
在此尤其优选的是，蓄热器材料包括石头、砖块和/或陶瓷材料。
其优点在于，因为石头、砖块和/或陶瓷材料具有特别高的热容，因此使用所述蓄热器材料形成特别有效的蓄热器。
优选的是，蓄热器的垂直于其纵轴线的竖向延伸量最高为10m。
换句话说，蓄热器构成水平式蓄热器。相对于竖直式蓄热器，水平式蓄热器具有的优点在于，沿纵轴线的几何尺寸基本不受限制，该纵轴线在竖直式蓄热器中是蓄热器的高度。此外，水平式蓄热器比竖直式蓄热器在技术方面耗费更少。在此，纵轴线表示蓄热器的相应于其最大的几何尺寸的方向的轴线。
按照本发明的有利的设计方案，在第一和第二局部区域中布置的蓄热器材料之间布置有至少一个流体能够穿透的分配器板。
有利的是，在容器的第一局部区域中流入的流体借助流体能够穿透的分配器板在蓄热器中近似均匀且水平地分布。在此，流体从第一局部区域向第二局部区域的过渡通过流体能够穿透的分配器板进行。以此进一步改进容器内的水平的温度锋。
在此优选的是，分配器板包括耐热的钢材。
以此有针对性地确保，分配器板满足所需的热学要求，其根据分配器板在容器内的布置而得出。
特别有利的是，分配器板包括无纺布。
通过分配器板设计为无纺布，有利地使在容器内的流体近似均匀地分布在蓄热器材料中。无纺布进一步的优点在于，无纺布自身适应于蓄热器材料的形状和构造并且因此能够随着蓄热器材料的例如通过热负荷的变形而发生变形。进而不必使分配器板拥有支承功能。尤其规定分配器板的较薄的设计方案。
根据本发明的有针对性的设计方案，容器的第一侧面具有第一开口并且容器的与第一侧面相对置的第二侧面具有第二开口。
有利的是，以此使流体流经几乎整个蓄热器。以此改进蓄热器的效率。
按照本发明的有利的改进设计，蓄热器包括第三和第四开口，其中，第三开口布置在第一局部区域中，并且第四开口布置在第二局部区域中。
在此优选的是，第三开口布置在容器的第二侧面上，并且第四开口布置在容器的第一侧面上。以此使得容器的第二开口和第三开口布置在相同的容器侧面、即第二侧面上。第一和第四开口布置在容器的第一侧面上。以此进一步改进容器内的流体的流动走向。尤其，第三开口按照第一开口使用，第四开口按照第二开口使用。
换句话说，使蓄热器蓄热，方法是流体通过第二和第四开口流入和通过第一和第三开口流出。蓄热器的放热借助流体通过第一和第三开口流入和通过第二和第四开口流出实现。
本发明的进一步的优点、特征和细节由下文所述实施例以及根据附图得出。在此，唯一的附图示出蓄热器，其具有布置在第一和第二局部区域之间的水平延伸的分配器板。
在附图中同样的元件配有相同的附图标记。
唯一的附图示出蓄热器1，其包括具有第一开口81、第二开口82、第三开口83和第四开口84的容器2。在此，第一开口81和第四开口84配设在容器2的第一侧面91上。第二开口82和第三开口83布置在容器2的第二侧面92上。第二开口82和第四开口84沿竖直方向V位于容器2的顶盖16的附近。通过使第二和第四开口82、84布置在顶盖16附近使得第二和第四开口82、84到顶盖16的竖向距离小于第二和第四开口82、84到容器2的底部14的竖向距离。反之，第一和第三开口81、83布置在容器2的底部14附近。
水平和竖直的定义始终基于蓄热器1所处位置的重力(铅垂方向)。
容器2沿纵轴线延伸，其中，纵轴线基本平行于水平方向H(垂直于竖直方向)延伸。以此使蓄热器1构造为水平式蓄热器1。
在唯一的附图中借助流动方向20、21、22示出蓄热器1的放热。在蓄热器1放热时反向于所示的流动方向20、21、22。按照本发明的对容器2内部的流体分布的改进和由此引起的水平的温度锋24的优点在蓄热时仍存在。
在容器2的第一局部区域61内布置有蓄热器材料5，其由大量石头类元件4、尤其由石头4构成。此外在容器2的第二局部区域62中布置有另外的蓄热材料5。在此，在第二局部区域62中的蓄热器材料5的石头类元件4具有比在第一局部区域61中的石头类元件4更小的平均直径。在第一局部区域61和第二局部区域62之间布置有水平延伸的分配器板12。在此，分配器板12用于流体的进一步水平的分布，以得到近似水平延伸温度锋24。
在蓄热器1的所示放热情况中，冷流体借助第一和第三开口81、83流入容器2的第一局部区域61中。在此，流体的流入方向用箭头20表示，容器2内的流动方向用箭头22表示。
在蓄热器1放热时，借助第一和第三开口81、83流入的冷流体所具有的温度比布置在第一和/或第二局部区域61、62中的蓄热材料5更小。通过按照本发明的、布置在第一局部区域61中的石头类元件4的增大的平均直径，使得流入的流体近似均匀地水平地在容器2的水平尺寸上分布，而不产生过高的压力损失。接着，流体通过分配器板12流入容器2的第二局部区域62中。在此，分配器板12使流入的流体附加地水平地沿容器2分布。由此导致近似水平地延伸的温度锋24。
整体上通过第一和第二开口81、82的相互竖直地错移和通过在第一和第二局部区域61、62中的石头类元件4的不同的平均直径得到的水平式蓄热器1像竖直式蓄热器一样具有水平的温度锋24。因此，按照本发明的蓄热器1复合地结合了水平式蓄热器和竖直式蓄热器的优点。
尽管通过优选实施例详细示出并阐述了本发明的细节，但是本发明不受公开实施例的限制，或者只要不脱离本发明的保护范围，技术人员由此可以推导出其它变型方案。

Claims (13)

1.一种用于存储热能的蓄热器(1)，其包括具有水平延伸的纵轴线的容器(2)，其中，所述容器(2)包括由大量石头类元件(4)构成的蓄热器材料(5)，其特征在于，所述容器(2)在第一局部区域(61)中具有第一开口(81)并且在第二局部区域(62)中具有相对于所述第一开口(81)竖向错移的第二开口(82)，其中，布置在所述第一局部区域(61)中的石头类元件(4)的平均直径大于布置在所述第二局部区域(62)中的石头类元件(4)的平均直径。
2.按照权利要求1所述的蓄热器(1)，其特征在于，所述蓄热器材料(5)包括石头、砖块和/或陶瓷材料。
3.按照权利要求1或2所述的蓄热器(1)，其特征在于，所述蓄热器(1)的垂直于纵轴线的竖向延伸量最高为10m。
4.按照前述权利要求之一所述的蓄热器(1)，其特征在于，在布置于第一和第二局部区域(61、62)中的蓄热器材料(5)之间布置有至少一个流体能够穿透的分配器板(12)。
5.按照权利要求4所述的蓄热器(1)，其特征在于，所述分配器板(12)包括耐热的钢。
6.按照权利要求4或5所述的蓄热器(1)，其特征在于，所述分配器板(12)包括无纺布。
7.按照权利要求4至6之一所述的蓄热器(1)，其特征在于，所述分配器板(12)包括线材格栅。
8.按照前述权利要求之一所述的蓄热器(1)，其特征在于，所述容器(2)的第一侧面(91)具有第一开口(81)并且所述容器(2)的与第一侧面(91)相对置的第二侧面(92)具有第二开口(82)。
9.按照前述权利要求之一所述的蓄热器(1)，其特征在于，所述蓄热器(1)具有第三和第四开口(83、84)，其中，所述第三开口(83)布置在第一局部区域(61)中，并且所述第四开口(84)布置在第二局部区域(62)中。
10.按照权利要求8至9之一所述的蓄热器(1)，其特征在于，所述第一侧面(91)包括所述第四开口(84)，并且所述第二侧面(92)包括所述第三开口(83)。
11.一种运行蓄热器(1)的方法，所述蓄热器(1)是按照前述权利要求之一所述的蓄热器，其中，流体借助第一或第二开口(81、82)流入蓄热器(1)的容器(2)中并与蓄热器材料(5)热接触，其特征在于，为了使所述蓄热器(1)放热，流体通过第一开口(81)流入并且通过第二开口(82)流出，和/或为了使所述蓄热器(1)蓄热，流体通过第二开口(82)流入并且通过第一开口(81)流出。
12.按照权利要求11所述的用于运行按照权利要求9或10所述的蓄热器(1)的方法，其特征在于，为了使所述蓄热器(1)放热，流体额外地通过第三开口(83)流入并且通过第四开口(84)流出。
13.按照权利要求11或12所述的用于运行按照权利要求9或10所述的蓄热器(1)，其特征在于，为了使所述蓄热器(1)蓄热，流体额外地通过第四开口(84)流入并且通过第三开口(83)流出。
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