RU2578380C1

RU2578380C1 - Аккумулятор энергии

Info

Publication number: RU2578380C1
Application number: RU2015119406/06A
Authority: RU
Inventors: Ханс ПИЛЕБРО
Original assignee: Сканска Свериге Аб
Priority date: 2012-11-01
Filing date: 2013-11-01
Publication date: 2016-03-27
Also published as: SG11201503205YA; IL238513A; CA2890130A1; SE536722C2; CA2890130C; AU2013338642B2; HK1214805A1; FI126076B; FI20126158A; AU2013338642A1; EP2914517A4; AR093303A1; IL238513A0; EP2914517A1; US20150276325A1; NZ708360A; CL2015001142A1; CN104797510A; KR101639961B1; KR20150081444A

Abstract

Изобретение относится к аккумулятору тепловой энергии, содержащему по меньшей мере два туннеля (1а, 1b) для помещения в них текучей среды. Туннели (1а, 1b) соединены друг с другом с обеспечением сообщения между туннелями (1а, 1b) по текучей среде. Каждый туннель (1а, 1b) по меньшей мере частично проходит вдоль соответствующей ему дуги окружности. 14 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

Область техники

Изобретение относится к аккумулятору тепловой энергии, содержащему по меньшей мере два туннеля для помещения в них текучей среды.

Уровень техники

В сфере современных энергетических технологий существует потребность в эффективном аккумулировании тепловой энергии.

Тепловая энергия может аккумулироваться преимущественно в текучей среде, например, такой как вода, находящаяся в термоизолированных наземных резервуарах, в изолированных шурфах в земле или в искусственных подземных полостях с использованием окружающей земли в качестве термоизоляции. Тепловая энергия текучей среды может в значительной степени сохраняться в течение длительного периода времени. В настоящее время данные подходы применяются в различных частях мира, чтобы удовлетворить потребность в аккумулировании тепловой энергии между различными сезонами, например при аккумулировании временно избыточного тепла, которое будет использовано позднее, когда на него возникнет спрос и, предпочтительно, когда повысится его финансовая оценка. Главным переходом в отношении энергии является переход от летнего полугодия, когда потребность в нагреве меньше, к зимнему полугодию, когда эта потребность намного больше. Однако можно получить значительный выигрыш, если использовать аккумулирование в связи с краткосрочными колебаниями и всегда активно аккумулировать избыточное тепло. Эти типы аккумулирования применимы и к более холодной текучей среде, служащей для охлаждения, а также к текучей среде, имеющей промежуточную температуру, такой как текучая среда, используемая в низкотемпературных системах.

Как уже было упомянуто, типичное решение состоит в аккумулировании тепловой энергии в текучей среде, локализованной в подземной полости, используя окружающую землю как термоизоляцию. Преимущества этого решения - большая аккумулирующая способность на единицу объема и возможность выведения из аккумулятора большого объема энергии. Поэтому данный вариант пригоден как для краткосрочного, так и для долгосрочного аккумулирования. Однако у него имеются и значительные недостатки, например необходимость крупных капиталовложений.

Другое решение заключается в применении аккумулятора, содержащего большое количество равномерно распределенных вертикальных каналов. По каналам циркулирует горячая вода, а тепловая энергия аккумулируется в земле. Преимущества данного решения состоят в низких капиталовложениях и в том, что оно может быть использовано в грунтах различного качества. Однако огромный недостаток заключается в низкой скорости транспортирования тепла через землю, что делает невозможным высокие скорости аккумулирования и выведения. Поэтому данный вариант пригоден, в основном, для долгосрочного, т. е межсезонного аккумулирования. Термопотери в окружающую землю и атмосферу в этом случае являются значительными вследствие относительно большой окружающей зоны по сравнению с замкнутым объемом аккумулятора. В аккумуляторе этого типа для инжектирования и выведения энергии устанавливаются трубы и насосы, обеспечивающие циркуляцию жидкости. Как следствие, для этих операций требуется значительное количество дополнительной электроэнергии, что существенно снижает эффективность аккумулятора.

В шведской патентной заявке 0950576-9 описан эффективный вариант аккумулирования тепловой энергии. Тем не менее, существует потребность в еще более эффективных подземных средствах аккумулирования этой энергии.

Раскрытие изобретения

В одном своем аспекте изобретение направлено на создание экологически благоприятного подземного аккумулятора тепловой энергии, позволяющего снизить суммарные тепловые потери энергии. Другая задача состоит в создании усовершенствованного аккумулятора тепловой энергии.

Согласно первому аспекту изобретения эти задачи решены путем создания аккумулятора тепловой энергии, содержащего по меньшей мере два туннеля для помещения в них текучей среды. Туннели соединены друг с другом по меньшей мере одним каналом с обеспечением сообщения между туннелями по текучей среде. При этом каждый туннель по меньшей мере частично проходит вдоль соответствующей ему дуги окружности.

Такое выполнение позволяет реализовать эффективный тепловой аккумулятор, различные зоны которого могут функционировать одновременно. Кроме того, комбинированный аккумулятор данного типа сочетает преимущества аккумулятора на основе подземной полости и аккумулятора на основе каналов, т.е. относительно дешевую сезонную аккумулирующую способность аккумулятора, использующего каналы, и возможности выведения большого объема энергии и быстрого отбора/ввода тепла из аккумулятора и в него, присущие аккумулятору с подземной полостью. Далее, применение двух туннелей облегчает вовлечение большего объема земли в объем аккумулятора и облегчает использование большего количества каналов.

В число туннелей могут входить внутренний туннель и наружный туннель, который расположен вокруг внутреннего туннеля. Применение наружного и внутреннего туннелей облегчает создание котлована под аккумулятор.

В одном варианте каждый туннель сконфигурирован в виде спирали, т.е. два туннеля формируют внутреннюю и наружную спирали. При этом наружная спираль расположена вокруг внутренней спирали. Придание туннелям спиральной формы дополнительно облегчает создание котлована под аккумулятор.

Еще в одном варианте аккумулятор дополнительно содержит по меньшей мере один колодец. Использование колодца значительно облегчает забор и возвращение текучей среды в аккумулятор.

Туннели могут быть соединены друг с другом и/или с указанным колодцем по меньшей мере одной перемычкой с обеспечением сообщения по текучей среде туннелей между собой и/или с колодцем. Преимущество использования таких перемычек состоит в том, что это упрощает сооружение очень крупного аккумулятора.

В другом варианте туннели соединены с колодцем по меньшей мере одним каналом с обеспечением сообщения туннелей с колодцем по текучей среде, что увеличивает преимущества комбинированного аккумулятора.

Центральные оси внутренней и/или наружной спиралей и/или по меньшей мере одного колодца ориентированы, по существу, вертикально.

В одном варианте по меньшей мере одна перемычка расположена под углом к горизонтальной плоскости, обеспечивая возможность естественной тепловой конвекции.

В другом варианте под углом к горизонтальной плоскости, обеспечивая возможность естественной тепловой конвекции, расположены каналы.

Туннели могут быть по меньшей мере частично расположены на различных вертикальных уровнях, что также облегчит естественную тепловую конвекцию.

В одном варианте туннель, образующий внутреннюю спираль, имеет больший наклон, чем туннель, образующий наружную спираль. В результате каждый виток каждой спирали проходит, по существу, параллельно другой спирали, но на другом вертикальном уровне.

Перемычки могут быть расположены так, чтобы они не находились одна над другой в вертикальном направлении. Это позволит пробурить канал от верхней поверхности аккумулятора до каждой индивидуальной перемычки без необходимости делать при этом отверстия в какой-либо другой перемычке.

В одном варианте срединная секция аккумулятора в проекции на плоскость, перпендикулярную к центральной оси, имеет большие размеры, чем по меньшей мере одна концевая секция. Если обе концевые секции аккумулятора меньше, чем его срединная секция, аккумулятор имеет, по существу, сферическую форму. Использование аккумулятора с формой, близкой к сфере, охватывающей оба туннеля и находящуюся между ними землю, минимизирует периферийную поверхность аккумулятора и, тем самым, тепловые потери, в то же время обеспечивая, насколько это возможно, большой объем аккумулятора. Если же только одна концевая секция имеет меньшие размеры, форма аккумулятора в сечении плоскостью, параллельной его центральной оси, будет, по существу, конической или пирамидальной.

Текучая среда может быть выбрана из группы, содержащей воду, смесь воды и охлаждающего вещества, любые жидкие топлива, например углеводороды ископаемого или биологического происхождения (биотопливо), солевой раствор, аммиак или другие хладагенты.

Аккумулятор может содержать по меньшей мере одно средство для осуществления сообщения по текучей среде, служащее для забора произвольной части текучей среды из туннелей и/или колодца на подходящем вертикальном уровне с обеспечением возможности обработки указанной текучей среды по меньшей мере в одном теплообменнике. Данное средство дополнительно обеспечивает возврат текучей среды после ее обработки в туннели и/или в колодец, на подходящий вертикальный уровень.

В одном варианте аккумулятор дополнительно содержит источник энергии, который подключен к теплообменнику, обеспечивающему увеличение или уменьшение тепловой энергии текучей среды.

При этом источник энергии может быть выбран из группы источников энергии, содержащей промышленное оборудование или другие источники сбросного тепла, установку для совместного производства тепла и электроэнергии, солнечные панели, служащие для нагрева или для сочетания генерирования электричества и нагрева, тепловой насос, бойлер на биотопливе, электронагреватель или бойлер на ископаемом топливе.

Краткое описание чертежей

Далее эти и другие аспекты изобретения будут описаны более подробно, со ссылками на прилагаемые чертежи, иллюстрирующие вариант изобретения, предпочтительный на дату подачи заявки.

На фиг. 1 тепловой аккумулятор согласно изобретению показан на виде сверху.

На фиг. 2 показан, на виде сбоку, вариант теплового аккумулятора по фиг. 1.

На фиг. 3 схематично изображен, в сечении вертикальной плоскостью, вариант теплового аккумулятора по фиг. 1 и 2.

На фиг. 4 показан еще один вариант теплового аккумулятора согласно изобретению.

Осуществление изобретения

На фиг. 1 и 2 представлен вариант аккумулятора для подземного аккумулирования тепловой энергии, комбинирующий использование подземной полости для аккумулирования части энергии в текучей среде, такой как вода, и каналы для аккумулирования части энергии в земле. Аккумулируемая энергия поступает, в основном, от действующих промышленных производств, подключенных к региональной нагревательной системе, такой как установка для совместного производства тепла и электроэнергии. Другими возможными генераторами тепловой энергии являются, например, солнечные коллекторы и промышленное сбросное тепло.

Аккумулятор энергии такого типа может быть использован для накапливания горячей текучей среды, например с температурой до 95°С, и холодной текучей среды, например с температурой до 4°С, а также текучей среды, имеющей промежуточную температуру, т.е. температуру, существенно более низкую, чем у самой горячей текучей среды, которая может накапливаться в аккумуляторе, но более высокую, чем у самой холодной текучей среды, которая также может накапливаться. Текучая среда с промежуточной температурой будет использоваться, например, в низкотемпературных системах. Текучая среда, имеющая промежуточную температуру, например 40-70°С, обычно является текучей средой, возвращаемой в аккумулятор после теплообмена с региональной нагревательной системой.

При аккумулировании тепловой энергии в земле в случае достаточно большого объема аккумулятора в нем происходит расслоение вследствие различий по плотности между объемами текучей среды, имеющими различные температуры. Чем теплее текучая среда, тем выше она находится в аккумуляторе.

В процессе зарядки аккумулятора горячей текучей средой холодная текучая среда из нижнего слоя текучей среды циркулирует, поднимаясь вверх по аккумулятору и проходя через теплообменник, где она нагревается. Затем она подается к тому слою текучей среды в аккумуляторе, который имеет соответствующую, более высокую температуру. При разрядке этот процесс реверсируется, т.е. горячая текучая среда из верхнего слоя циркулирует, двигаясь к теплообменнику, где она отдает свою энергию, после чего возвращается в тот слой аккумулятора, который имеет соответствующую, более низкую температуру.

При зарядке аккумулятора холодной текучей средой горячая текучая среда из верхнего слоя текучей среды циркулирует, поднимаясь вверх по аккумулятору и проходя через теплообменник, где она охлаждается. Затем она подается к тому слою текучей среды в аккумуляторе, который имеет соответствующую, более низкую температуру. При разрядке этот процесс реверсируется, т.е. холодная текучая среда из нижнего слоя циркулирует к теплообменнику, где она поглощает энергию, после чего она возвращается в тот слой аккумулятора, который имеет соответствующую, более высокую температуру.

Комбинированный аккумулятор, такой как аккумулятор по изобретению, сочетает преимущества аккумулирования энергии в подземной полости с преимуществами аккумулирования в каналах. Базовая идея состоит в использовании относительно недорогой сезонной аккумулирующей способности с применением каналов с возможностями выведения большой тепловой мощности и быстрого забора тепла из подземной полости и сброса его в эту полость. Аккумулирующая способность аккумулятора дополнительно увеличивается благодаря увеличению зоны контакта между текучей средой и землей.

Как показано на фиг. 2, аккумулятор содержит по меньшей мере два туннеля 1а, 1b и один колодец 3 для помещения в них текучей среды и имеет, по существу, форму сферы с диаметром, по существу, совпадающим с центральными осями туннелей 1а, 1b и колодца 3. По существу, сферическая форма выбрана, чтобы минимизировать площадь периферийной поверхности и, следовательно, тепловые потери при аккумулировании, но при достижении максимально большого, насколько это возможно, объема аккумулятора, конструкция которого будет подробно описана далее.

Колодец 3 предпочтительно центрирован относительно центральной оси сферы, т.е. он ориентирован, по существу, в вертикальном направлении и проходит вдоль вертикальной центральной оси по всей высоте сферы. Однако он может быть слегка смещен относительно вертикальной центральной оси сферы; возможен также его небольшой наклон относительно вертикали.

Каждый туннель 1а, 1b проходит вокруг колодца 3, т.е. по меньшей мере частично расположен вдоль соответствующей дуги окружности. Туннели 1а, 1b, по существу, круглые, как это показано на проекции на плоскость, перпендикулярную к центральной оси колодца 3, т.е. имеют форму кольца. Вместе с тем, эти туннели могут иметь в указанной проекции и иную форму, например, по существу, эллиптическую или многоугольную. Однако основная часть контура туннелей 1а, 1b должна приближаться к форме дуги.

Туннели 1а, 1b вложены друг в друга, так что они образуют по меньшей мере один внутренний туннель 1а и по меньшей мере один наружный туннель 1b, каждый из которых имеет центральную ось, предпочтительно совпадающую с центральной осью колодца 3. Таким образом, по меньшей мере один наружный туннель 1b расположен вокруг по меньшей мере одного внутреннего туннеля 1а. Однако туннели 1а, 1b можно расположить так, что их центральные оси не будут совпадать с центральной осью колодца. Центральные оси туннелей могут быть ориентированы, по существу, вертикально или с некоторым наклоном относительно вертикального направления.

Туннели 1а, 1b соединены друг с другом и/или с колодцем перемычками 4, что обеспечивает сообщение по текучей среде туннелей 1а, 1b между собой и с колодцем 3.

Таким образом, объем аккумулятора образован рядом индивидуальных секций, таких как, например, колодец, туннели и перемычки. Аккумулятор должен иметь определенный объем, чтобы облегчить как расслоение текучей среды, т.е. ее вертикальную температурную стратификацию, так и естественную тепловую конвекцию в аккумуляторе.

Каждая перемычка 4 проложена либо между наружным туннелем 1b и внутренним туннелем 1а, либо между внутренним туннелем 1а и колодцем 3. Перемычки 4 распределены в аккумуляторе так, что применительно к каждой паре туннелей по меньшей мере одна перемычка 4 проложена между наружным туннелем 1b и внутренним туннелем 1а и по меньшей мере одна перемычка 4 проложена между внутренним туннелем 1а и колодцем 3. Перемычки 4 могут быть расположены так, что не находятся одна над другой в вертикальном направлении, т.е. обеспечивается возможность пробурить отверстие (канал) от верхней поверхности аккумулятора до каждой индивидуальной перемычки 4 без необходимости делать при этом отверстия в другой перемычке. При этом перемычки 4 могут быть ориентированы под углом к горизонтальной плоскости, чтобы сделать возможной естественную тепловую конвекцию. В одном варианте перемычки 4, которые соединены с колодцем 3, проходят строго в горизонтальной плоскости, тогда как перемычки 4, которые соединяют друг с другом туннели 1а, 1b, имеют наклон. Кроме того, перемычки 4 можно расположить так, чтобы они относительно колодца 3 были направлены радиально, в сторону периферии аккумулятора. Однако их можно ориентировать и так, чтобы они были расположены тангенциально по отношению к соответствующему криволинейному туннелю или под любым иным подходящим углом.

Как это более наглядно показано на фиг. 3, туннели 1а, 1b соединены также друг с другом и/или с колодцем 3 каналами 2, что обеспечивает сообщение по текучей среде между туннелями 1а, 1b и туннелей 1а, 1b с колодцем 3. Каналы 2 могут быть выполнены, как пробуренные отверстия или трубы. Земля внутри сферы аккумулятора, т.е. земля, расположенная, по существу, внутри его наружной поверхности, пробуривается с образованием большого количества подобных каналов 2, т.е. они образуют плотный паттерн в пространстве между туннелями 1а, 1b и колодцем 3. Поэтому каналы 2 предпочтительно имеют намного меньшие размеры и присутствуют в намного большем количестве, чем перемычки 4, т.е. множество более мелких каналов 2 предназначено для образования плотного паттерна, в противоположность меньшему количеству более крупных перемычек 4. Каналы 2 имеют некоторый наклон, т.е. расположены под углом к горизонтальной плоскости, чтобы обеспечить возможность естественной тепловой конвекции за счет градиентного потока. Наклон каналов 2 относительно горизонтальной плоскости может, например, характеризоваться отношением 1:10 или менее, чтобы исключить помехи для естественной конвекции со стороны воздушных карманов.

В одном варианте аккумулятор может содержать группу внутренних туннелей 1а и группу наружных туннелей 1b, причем каждый туннель 1а, 1b может быть сконфигурирован, как замкнутая петля, и, по существу, отделен от других туннелей 1а, 1b. В конкретном примере каждый туннель имеет форму тороида. В этом варианте внутренние туннели 1а расположены на расстоянии друг от друга в вертикальном направлении. Предпочтительно имеется более двух таких внутренних туннелей 1а, причем все они имеют одинаковые размеры, т.е. радиусы. Наружные туннели 1b также расположены на расстоянии друг от друга в вертикальном направлении. Предпочтительно наружных туннелей 1b меньше, чем внутренних туннелей 1а, и все наружные туннели 1b имеют одинаковый радиус, который больше радиуса внутренних туннелей 1а. Внутренние туннели 1а предпочтительно расположены по всей высоте колодца 3, начинаясь и заканчиваясь у концов колодца 3, тогда как наружные туннели 1b расположены на расстоянии от этих концов, так что наружные туннели 1b окружают только срединную секцию колодца 3. В результате в проекции на плоскость, перпендикулярную к центральной оси колодца 3, срединная секция аккумулятора имеет большие размеры (больший радиус), чем его концевые секции. Это позволяет получить аккумулятор сферической формы. Однако достаточно и того, чтобы только одна (верхняя или нижняя) из концевых секций аккумулятора имела в указанной плоскости размеры меньшие, чем срединная секция аккумулятора. В этом случае форма аккумулятора будет более близкой к конической или пирамидальной, чем к сферической. Кроме того, желательно обеспечить взаимное смещение внутренних туннелей 1а и соответствующих им наружных туннелей 1b в вертикальном направлении, т.е. расположить их на различных уровнях по высоте.

Другими словами, описанный вариант использует аккумулятор тепловой энергии, содержащий по меньшей мере один внутренний туннель 1а и по меньшей мере один наружный туннель 1b для помещения в них текучей среды. Внутренний и наружный туннели 1а, 1b соединены друг с другом по меньшей мере одним каналом 2, обеспечивающим сообщение между ними по текучей среде. Каждый туннель 1а, 1b является, по существу, круглым и образует замкнутую петлю. При этом наружный туннель 1b расположен вокруг внутреннего туннеля 1а.

Однако в предпочтительном варианте каждый туннель 1а, 1b сконфигурирован, как спираль, проходящая вокруг колодца 3, расположенного вдоль вертикальной центральной оси сферы. Спирали 1а, 1b расположены одна внутри другой, так что они образуют внутреннюю спираль 1а и наружную спираль 1b соответственно, каждая из которых имеет центральную ось, предпочтительно совпадающую с центральной осью колодца 3. Таким образом, наружная спираль 1b расположена вокруг внутренней спирали 1а, причем эти спирали совместно образуют наружную периферию, по существу, сферической формы.

В предпочтительном варианте внутренняя спираль 1а проходит по всей высоте колодца 3, начинаясь и заканчиваясь у концов колодца 3. В то же время наружная спираль 1b начинается и заканчивается на расстоянии от этих концов, так что она окружает только срединную секцию колодца 3. В результате в проекции на плоскость, перпендикулярную к центральной оси колодца 3, срединная секция аккумулятора имеет большие размеры (больший радиус), чем его концевые секции. Это позволяет получить аккумулятор сферической формы. Однако достаточно и того, чтобы только одна (верхняя или нижняя) из концевых секций аккумулятора имела в указанной плоскости размеры меньшие, чем срединная секция аккумулятора. В этом случае форма аккумулятора будет более близкой к конической или пирамидальной, чем к сферической. Таким образом, если это желательно, одна или обе спирали 1а, 1b могут проходить по всей высоте колодца 3 к одному или обоим его концам.

При этом нет необходимости, чтобы спирали 1а, 1b были расположены одна внутри другой или имели общую центральную ось одна с другой или с колодцем 3, т.е., помимо описанных, возможны и другие варианты.

Каждый виток соответствующей спирали 1а, 1b является, по существу, круглым в проекции на плоскость, перпендикулярную к центральной оси спиралей 1а, 1b. Вместе с тем, эти туннели могут иметь в указанной проекции и иную форму, например, по существу, эллиптическую или многоугольную.

В этом варианте перемычки 4 распределены так, что каждый виток туннеля снабжен по меньшей мере одной перемычкой 4 между наружным туннелем 1b и внутренним туннелем 1а и по меньшей мере одной перемычкой 4 между внутренним туннелем 1а и колодцем 3.

Как уже было упомянуто, туннели 1а, 1b предпочтительно расположены один внутри другого с образованием внутренней спирали 1а и наружной спирали 1b. В предпочтительном варианте соответствующие витки каждой спирали 1а, 1b взаимно смещены в вертикальном направлении. Другими словами, спирали 1а, 1b навиты в одном направлении, и каждый виток внутренней спирали 1а расположен на другом вертикальном уровне по сравнению с соответствующим витком наружной спирали 1b. Чтобы получить такое расположение, внутренняя спираль 1а предпочтительно имеет больший наклон, чем наружная спираль 1b. Наклон внутренней спирали 1а характеризуется, например, отношением 1:8, тогда как наклон наружной спирали 1b - отношением 1:16, т.е. наружная спираль 1b имеет вдвое меньший наклон, чем внутренняя спираль 1а, если радиус наружной спирали 1b вдвое больше радиуса внутренней спирали 1а.

Однако спирали 1а, 1b могут иметь различные конфигурации, например противоположные направления навивки, как это имеет место в двойной спирали ДНК. При этом, как и раньше, они могут иметь общую центральную ось, совпадающую с центральной осью колодца 3, хотя это совпадение может не являться точным.

Используемая в аккумуляторе текучая среда предпочтительно является водой, но применимы, например, и смесь воды и охлаждающего вещества, любые жидкие топлива, например углеводороды ископаемого или биологического происхождения (биотопливо), солевой раствор, аммиак или другие хладагенты.

Подключенное к аккумулятору оборудование для обработки текучей среды установлено в зоне обработки и содержит, в частности, теплообменники и насосы.

Как уже было упомянуто, текучая среда в верхней части аккумулятора имеет более высокую температуру, чем в его нижней части. В промежуточных зонах между этими частями имеются слои текучей среды с промежуточными температурами. Чтобы реализовать полный потенциал аккумулятора, важно обеспечить эффективное использование различных доступных температур. Одно из условий для этого состоит в том, чтобы аккумулятор имел входы и выходы на различных уровнях. В связи с этим предусмотрены средства 5 для осуществления сообщения по текучей среде, например телескопические трубы, которые проходят от зоны обработки вниз, по колодцу 3, и выполнены с возможностью забора части текучей среды из колодца 3 на подходящих уровнях по высоте, чтобы обеспечить возможность обработки текучей среды по меньшей мере в одном теплообменнике. Эти средства 5 для осуществления сообщения по текучей среде обеспечивают также возврат текучей среды после ее обработки в колодец 3, на подходящий вертикальный уровень.

Аккумулятор содержит также источник энергии, подключенный к теплообменнику, обеспечивающему, в зависимости от конкретного применения, увеличение или уменьшение тепловой энергии текучей среды. При этом аккумулятор может быть использован как для нагрева (в этом случае текучая среда, возвращаемая в аккумулятор, имеет более низкую температуру, чем она имела при ее заборе), так и для охлаждения (в этом случае текучая среда, возвращаемая в аккумулятор, имеет более высокую температуру, чем она имела при ее заборе). Источником энергии служит, например, промышленное оборудование или другие источники сбросного тепла, установка для совместного производства тепла и электроэнергии, солнечные панели для нагрева или для генерирования электроэнергии и нагрева, тепловой насос, бойлер на биотопливе, электронагреватели или бойлер на ископаемом топливе.

Как показано на фиг. 4, аккумулятор может быть снабжен вторым колодцем 6, расположенным снаружи сферического аккумулятора, но проходящим, по существу, параллельно первому колодцу 3. Второй колодец 6 соединен с нижней стороной сферического аккумулятора, так что холодная текучая среда может накапливаться или забираться из аккумулятора без прохода через его верхнюю часть, т.е. становиться частью аккумулятора, не приводя к его нежелательному охлаждению. При этом в состав колодца 6 может входить второй аккумулятор энергии, такой как показан на фиг. 3, но являющийся холодным аккумулятором, служащим, например, для аккумулирования энергии льда, снега, воды или скальной породы. Если в этом варианте используется вода, порядок слоев, имеющих различные температуры, изменяется по сравнению с ранее рассмотренными вариантами. Вода с наибольшей плотностью, т.е. с температурой 4°С, находится на самом дне аккумулятора, тогда как лед, имеющий меньшую плотность, чем вода, расположен на самом верху аккумулятора, плавая на поверхности воды. Вода с температурой около 0°С находится между льдом и водой при 4°С.

Специалисту будет понятно, что изобретение никоим образом не ограничено описанными предпочтительными вариантами. Наоборот, прилагаемая формула охватывает и многие другие модификации и варианты.

Claims

1. Аккумулятор тепловой энергии, содержащий по меньшей мере два туннеля (1а, 1b) для помещения в них текучей среды, при этом:
туннели соединены друг с другом множеством каналов (2) с обеспечением сообщения между туннелями (1а, 1b) по текучей среде, причем указанные каналы образуют плотный паттерн в пространстве между туннелями (1а, 1b);
каждый туннель (1а, 1b) по меньшей мере частично проходит вдоль соответствующей ему дуги окружности;
в число указанных туннелей (1а, 1b) входят внутренний туннель (1а) и наружный туннель (1b), расположенный вокруг внутреннего туннеля (1а);
каждый из туннелей (1а, 1b) сконфигурирован в виде спирали, причем внутренний туннель (1а) образует внутреннюю спираль, а наружный туннель (1b) - наружную спираль, расположенную вокруг внутренней спирали (1а).

2. Аккумулятор по п. 1, дополнительно содержащий по меньшей мере один колодец (3), при этом указанные туннели (1а, 1b) соединены с колодцем (3) по меньшей мере одним каналом (2) и/или по меньшей мере одной перемычкой (4) с обеспечением сообщения по текучей среде между указанными туннелями (1а, 1b) и колодцем (3).

3. Аккумулятор по п. 1, в котором указанные туннели (1а, 1b) соединены друг с другом по меньшей мере одной перемычкой (4) с обеспечением сообщения туннелей (1а, 1b) по текучей среде между собой.

4. Аккумулятор по п. 1, в котором по меньшей мере центральные оси внутреннего туннеля (1а) и/или наружного туннеля (1b), и/или по меньшей мере одного колодца (3) ориентированы, по существу, вертикально.

5. Аккумулятор по п. 3, в котором по меньшей мере одна перемычка (4) расположена под углом к горизонтальной плоскости, обеспечивая возможность естественной тепловой конвекции.

6. Аккумулятор по п. 1, в котором указанные каналы (2) расположены под углом к горизонтальной плоскости, обеспечивая возможность естественной тепловой конвекции.

7. Аккумулятор по п. 1, в котором туннели (1а, 1b) по меньшей мере частично расположены на различных вертикальных уровнях.

8. Аккумулятор по п. 1, в котором туннель (1а), образующий внутреннюю спираль, имеет больший наклон, чем туннель (1b), образующий наружную спираль.

9. Аккумулятор по п. 2, в котором перемычки (4) расположены так, что они не находятся одна над другой в вертикальном направлении.

10. Аккумулятор по п. 1, в котором его срединная секция в проекции на плоскость, перпендикулярную к центральной оси, имеет большие размеры, чем по меньшей мере одна концевая секция.

11. Аккумулятор по п. 1, в котором указанная текучая среда выбрана из группы, содержащей воду, смесь воды и охлаждающего вещества, любые жидкие топлива, например углеводороды ископаемого или биологического происхождения (биотопливо), солевой раствор, аммиак или другие хладагенты.

12. Аккумулятор по п. 1, дополнительно содержащий по меньшей мере одно средство (5) для осуществления сообщения по текучей среде, служащее для забора произвольной части текучей среды из туннелей (1а, 1b) и/или колодца (3) на подходящем вертикальном уровне с обеспечением возможности обработки указанной текучей среды по меньшей мере в одном теплообменнике, при этом указанное средство (5) дополнительно обеспечивает возврат текучей среды после ее обработки в туннели (1а, 1b) и/или в колодец (3), на подходящий вертикальный уровень.

13. Аккумулятор по п. 12, дополнительно содержащий источник энергии, который подключен к указанному теплообменнику, обеспечивающему увеличение или уменьшение тепловой энергии текучей среды.

14. Аккумулятор по п. 13, в котором источник энергии выбран из группы, содержащей промышленное оборудование или другие источники сбросного тепла, установку для совместного производства тепла и электроэнергии, солнечные панели, служащие для нагрева или для сочетания генерирования электричества и нагрева, тепловой насос, бойлер на биотопливе, электронагреватель или бойлер на ископаемом топливе.

15. Аккумулятор по любому из пп. 2-14, дополнительно содержащий второй колодец (6), соединенный с дном первого колодца.