CN106164614A - 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的容器(2)，在此建议，所述容器(2)包括蓄热器材料(5)。按照本发明，为了流体的流入和/或流出，所述容器设有第一开口(81)和相对于第一开口竖向错位的第二开口(82)，其中，所述容器(2)包括至少一个流体无法穿透的板件(42、43)，所述板件相对于流体的流入方向和/或流出方向(20、21)倾斜。

Description

蓄热器
技术领域
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。
背景技术
蓄热器是热能存储器，其存储(热)能并且由此将电能的产生与热能的产生或热能的制备在时间上脱耦。借助蓄热器存储的热能接下来可以作为热量直接输送给消耗器或者再次用于产生电能。
可能的蓄热器是散装物料存储器，其包括作为散装物料的石子或砖。在此，散货材料通常借助大约600℃的热流体被加载。
现有技术分为竖直和水平定向的蓄热器。尤其在水平蓄热器中，在加载和卸载时可能在水平蓄热器的不同的分区域中产生温度梯度、也就是温度差。通常，所谓的不希望的温度梯度通过在水平蓄热器内的自然的对流产生。所谓的温度梯度是不利的，因为其在加载或卸载水平蓄热器时导致热量的不均匀的分配。由此限制了水平蓄热器的效率。
根据现有技术尝试，借助布置在水平蓄热器内部的水平板材和/或竖直板材，平衡或避免温度梯度，从而尤其在加载和卸载时在水平蓄热器内实现几乎均匀地分配温度。借助布置在水平蓄热器内的水平板件或竖向板件避免自然的对流，这导致在水平蓄热器内实现均匀的温度分配。但是，通常需要大量的板件。在竖直布置的板件中，附加地在加载或卸载水平蓄热器时加大了压力损失。
已知的水平蓄热器的另外的缺点是，尽管设有水平或竖直布置的板件，还无法避免例如在静止状态下形成的温度梯度。因为加载水平蓄热器的热流布置在水平蓄热器的盖子上，同时更冷或被冷却的流体集中在水平蓄热器的底板上，所以出现上述情况。由此导致的温度梯度导致在蓄热器材料内部出现机械应力，使得水平蓄热器不能被填充满，并且由此降低了水平蓄热器的效率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，改进水平蓄热器的温度分配。
所述技术问题通过具有独立权利要求1特征部分特征的蓄热器和具有独立权利要求12特征部分特征的方法得以解决。在从属权利要求中提供本发明的有利的设计方案和改进方案。
按照本发明的一种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，所述容器包括蓄热器材料。通过水平延伸的纵轴线形成水平定向或水平的蓄热器。按照本发明，为了流体的流入和/或流出设有第一开口和相对于第一开口竖向错位的第二开口，其中，所述容器包括至少一个流体无法穿透的板件，所述板件相对于流体的流入方向和/或流出方向倾斜。
换句话说，流体通过第一或第二开口流入或流出蓄热器的容器，流体借助相对于流入方向和/或流出方向倾斜的板材被转向。流体的流动方向由此相对于流入方向和/或流出方向借助倾斜的板材被改变。为此，倾斜的板件布置为靠近第一或第二开口。当倾斜的板件相对于第一/第二开口的间距小于相对于第二/第一开口的间距时，倾斜的板件布置得靠近第一/第二开口。
所述板件优选相对于流体的流入方向和/或流出方向具有不等于零的锐角，从而始终实现流动方向的角度改变。锐角尤其不等于0°和90°，使得倾斜的板件非竖直且非水平地延伸。
有利地，通过倾斜的板件和由此导致的流入或流出流体的流动方向的改变优化了流体在蓄热器或容器内的分布。由此按照本发明，减小了容器内的温度梯度内以及进而减小了蓄热器内的温度梯度。
流体无法穿透的倾斜的板件优选靠近第一开口布置，并且另外的流体无法穿透的倾斜的板件靠近第二开口布置。由此，容器优选包括至少两个流体无法穿透的倾斜的板件。
在加载蓄热器时，靠近第一开口的流体能够穿透的板件如此倾斜，使得流入的热流实现流动方向的改变，使热流朝着蓄热器的底板的方向转向。由此，有利地避免了流体在流入时相对于蓄热器的盖子的自然对流。
在卸载蓄热器时，流入的冷流借助靠近第二开口的另外的倾斜的板件被导引至上部区域、也就是朝向蓄热器的盖子的方向。由此可能在蓄热器的盖子和底板之间产生的温度梯度被平衡。
通过按照本发明的第一和第二开口的竖向错位，进一步减小了在蓄热器内的温度梯度。第一开口与容器的盖子的竖向间距小于第二开口与容器的盖子的竖向间距。此外，第二开口与容器的底板的竖向间距小于第一开口与容器的底板的竖向间距。换句话说，第一开口靠近容器的盖子布置，并且第二开口靠近容器的底板布置。由此，第一和第二开口具有相互竖向的错位。相宜地，通过第一开口流入或流出的流体的温度大于通过第二开口流入或流出的流体的温度。
在按照本发明的一种运行按照本发明的蓄热器的方法中，借助第一开口或者相对于第一开口竖向错位的第二开口，使流体流入蓄热器的容器内并且与蓄热器材料导热接触，其中按照本发明，为了加载所述蓄热器，流体通过第一开口流入并且通过第二开口流出，和/或为了卸载所述蓄热器，流体通过第二开口流入并且通过第一开口流出。
在此，第一开口靠近容器的盖子布置并且第二开口靠近容器的底板布置。由此有利地，在加载蓄热器时，通过第一开口流入的流体借助倾斜的板件被导向容器的底板。在加载时，借助第一开口流入容器内的流体借助第二开口从容器流出，其中，流体在流出前优选借助布置的容器的另外的倾斜的板件被导向容器的盖子。由此，流体在容器内部具有一种相当于水平定向的S形的流动走向。由此，在容器内部实现几乎均匀的温度分布。
通过流体与蓄热器的蓄热器材料的导热接触，在加载蓄热器时，流体的温度被传递给蓄热器材料。在卸载时，存储在蓄热器内或蓄热器材料内的热量通过蓄热器材料的导热接触被传递给流体。通过第一开口流入的热流尤其在加载蓄热器时具有比蓄热器材料更大的温度。在卸载蓄热器时，流体的温度小于蓄热器材料的温度。在此规定，在流体流入时流体的温度接近873.15K(600℃)并且在流体流出时流体的温度接近453.15K(180℃)。
按照本发明的方法具有与前述的按照本发明的蓄热器相同形式且相同价值的优点。
根据本发明的一项有利的扩展设计，倾斜的板件布置在容器的内侧上、尤其在容器的盖子或底板上。
由此通过倾斜的板件有利地进一步改进了流入或流出的流体的流动方向的角度变化，因为阻挡了流体在容器内侧面上、尤其在容器的盖子或底板上的穿流。
尤其优选的是，蓄热器的容器具有至少一个流体能够穿透的分配器板，其中，流体能够穿透的分配器板在与流体无法穿透的板件相连的情况下，使容器的至少一个第一分区域与包括蓄热器材料的第二分区域在材料方面相对于蓄热器材料相互隔开。
由此有利地构成第一分区域，在第一分区域中流体首先借助倾斜的板件转向并且借助流体能够穿透的分配器板在蓄热器材料中分布。在此，流体从第一分区域向包含蓄热器材料的第二分区域的转移通过流体能够穿透的分配器板实现。换句话说，流体在第一分区域中的流入和流出不受蓄热器材料的影响。
在此优选的是，所述分配器板包括耐热的钢材。
由此适宜地确保，分配器板满足所需的热学和机械要求，它们由分配器板在容器内部的布局结构获得。由耐热的钢材构成的分配器板尤其具有支承的功能，例如支承布置在容器内的石子。
特别有利的是，所述分配器板包括无纺布。
由此有利地进一步优化了流体在容器内部的几乎均匀的分布。无纺布的另外的优点在于，无纺布与蓄热器材料的形状和结构相适配，并且可以适应例如由于热负荷而导致的蓄热器材料的变形。
所述分配器板优选包括金属丝格栅。
在此，金属丝格栅优选由耐热钢制成的金属丝构成。
根据本发明的有利的设计方案，所述蓄热器材料由大量石子形式的元件构成。
在此特别有利的是，所述蓄热器材料包括石子、砖和/或陶瓷材料。
优点在于，石子、砖和/或陶瓷材料具有特别高的热容量，使得在使用前述蓄热器材料的情况下形成特别有效的蓄热器。
优选的是，所述蓄热器的垂直于纵轴线的竖向延伸量最大为10m。
换句话说，蓄热器构成为水平蓄热器。水平蓄热器相对于竖直蓄热器所具有的优点是，沿纵轴线(其在竖直蓄热器中相当于蓄热器的高度)的几何延伸量基本上是没有限制的。此外，水平蓄热器比竖直蓄热器在技术上具有较小的耗费。在此，纵轴线涉及蓄热器的这样的一条轴线，其相当于蓄热器的最大的几何延伸量的方向。
根据本发明的一项相宜的扩展设计，所述容器的第一侧面具有第一开口，并且所述容器的与第一侧面相对置的第二侧面具有第二开口。
由此有利的是，几乎整个蓄热器被流体流过。由此优化了蓄热器的效率。
附图说明
由以下实施例并结合附图进一步阐述本发明的另外的优点、特征和细节。在唯一的附图中示出具有两个倾斜的板件的蓄热器。
相同的零件可以在附图中以同一个附图标记示出。
具体实施方式
在唯一附图中示出一种蓄热器1，其包括具有两个倾斜的板件42、43的容器2。在此，容器2沿着纵轴线延伸，其中，纵轴线基本上平行于水平方向H延伸。
水平和竖直的定义始终涉及在蓄热器1的地点占支配地位的重力(垂向)。
容器2在第一侧面91上具有第一开口81。在此，第一开口81在容器2的上部区域内靠近盖子16布置。由此，第一开口81与盖子16的竖向间距小于第一开口81与容器2的底板14的竖向间距。上部和下部的定义涉及竖直方向V(垂向)，其中，沿竖直方向V在容器2的下端部(底板14)之后是容器2的上端部(盖子16)。
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，其中，第二开口82在容器2的下部区域中靠近底板14。因此，第二开口82至底板14的竖向距离小于第二开口82至容器2的盖子16的竖向距离。换句话说，第二开口82具有相对于第一开口81的竖向错位。
在盖子16上布置有倾斜的板件42，并且在底板14上布置有另外的倾斜的板件43，其中，每个倾斜的板件42、43与盖子16或底板14一起确定或构成一个不等于零的锐角32。在此，板件42、43几乎平行地延伸。
此外，容器2包括两个分配器板12，它们几乎平行于水平方向H延伸，并且在容器2内分别通过第一或第二侧面91、92以及分别通过倾斜的板件42、43中的一个限定出容器2的第一分区域611和另外的第一分区域612的边界。
蓄热器1的蓄热器材料5布置在容器2的第二分区域62内。在此，蓄热器材料5包括矿石4。在第一分区域611、612内没有布置蓄热器材料5。两个第一分区域611、612是流动开放地与第一或第二开口81、82相连，并因此构成用于使流体流过蓄热器1的进口区域和出口区域611、612。
在容器2内为了加载蓄热器1而流入具有流入方向20的热流体。在此例如空气被用作流体。借助靠近第一开口81布置的倾斜的板件42，流体的流动方向22相对于流入方向20发生改变，使得流入的流体向下向着容器2的底板14偏转。在此，流体通过分配器板12进入容器2的第二分区域62，并且与蓄热器材料5进行热接触。在流过容器2的第二分区域62之后，流体的流动方向22通过靠近第二开口82布置的另外的倾斜的板件43发生改变，使得流体向上向着容器2的盖子16的方向偏转。接下来，流体通过另外的分配器板12流入容器2的另外的第一分区域612，并且从第二开口82沿着流出方向21从容器2流出。
有利的是，借助板件42通过第一开口81流入的热流体向下向着容器2的底板16导引，也就是说，向着在蓄热器1中或容器2中笼罩的冷温度导引，使得布置的下部区域内的蓄热器材料5通过流入或导入的热流体被加热。通过加热蓄热器材料5，流体被冷却并且穿过第二开口82沿着流出方向21从容器2流出。在此，流体在流出前借助另外的倾斜的板件43向着容器2的盖子2的方向导引。有利的是，由此通过倾斜的板件42、43改进了流体在布置于容器2的蓄热器材料5中的穿流。由此，在容器2内或蓄热器材料5内的温度梯度被减小或消除。
在卸载蓄热器1时，第二开口82用作用于流体的进口并且第一开口20用作用于流体的出口，使得在卸载蓄热器1时的流动方向相对于在加载蓄热器1时的流动方向相反。但是，按照本发明由流体在容器2内的改进的分配带来的优点仍然保持，并且在卸载时也仍然保持由此实现的改进的温度分配的优点。
由此按照本发明，流体的流动方向22借助倾斜的板件42、43始终如此改变和配合，使得热流体流入或导入容器2的较冷的分区域中或者冷流体流入或导入容器2的较热的分区域中。由此，流体的流动方向22有利地配合在蓄热器1内的温度分配。
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，并且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 (12)

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)包括蓄热器材料(5)，其特征在于，为了流体的流入和/或流出而设有第一开口(81)和相对于第一开口竖向错位的第二开口(82)，其中，所述容器(2)包括至少一个流体无法穿透的板件(42、43)，所述板件相对于流入方向(20)和/或流出方向(21)倾斜。
2.按照权利要求1所述的蓄热器(1)，其特征在于，所述板件(42、43)相对于流入方向(20)和/或流出方向(21)具有不等于零的锐角(32)。
3.按照前述权利要求之一所述的蓄热器(1)，其特征在于，所述板件(42、43)布置在所述容器(2)的内侧上。
4.按照权利要求3所述的蓄热器(1)，其特征在于，所述容器(2)具有至少一个流体能够穿透的分配器板(12)，其中，流体能够穿透的分配器板(12)在与流体无法穿透的板件(42、43)相连的情况下，使容器(2)的至少一个第一分区域(611、612)与包括蓄热器材料(5)的第二分区域(62)在材料方面相对于蓄热器材料(5)相互隔开。
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)包括耐热的钢材。
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)包括金属丝格栅。
8.按照前述权利要求之一所述的蓄热器(1)，其特征在于，所述蓄热器材料(5)由大量石子形式的元件(4)构成。
9.按照权利要求8所述的蓄热器(1)，其特征在于，所述蓄热器材料(5)包括石子、砖和/或陶瓷材料。
10.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)的垂直于纵轴线的竖向延伸量最大为10m。
11.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)。
12.一种运行蓄热器(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，借助第一开口或者相对于第一开口竖向错位的第二开口(81、82)，使流体流入蓄热器(1)的容器(2)内并且与蓄热器材料(5)导热接触，其特征在于，为了加载所述蓄热器(1)，流体通过第一开口(81)流入并且通过第二开口(82)流出，和/或为了卸载所述蓄热器(1)，流体通过第二开口(82)流入并且通过第一开口(81)流出。
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