[发明专利]热能存储和回收机构

说明书

技术领域

本发明涉及临时存储热能的领域。具体地，本发明涉及包括两个热能存储器和一压缩和膨胀单元的热能存储和回收机构。此外，本发明涉及包括这种热能存储和回收机构的热能存储和回收系统。而且，本发明还涉及用于存储和回收热能的方法。

背景技术

来自比如风力涡轮机、太阳能发电站和波浪能发电站等各种替代能量来源的电力生产是不连续的。该生产可以取决于环境参数，比如风速(对于风力涡轮机)、日照强度(对于太阳能发电站)以及波浪高度和方向(对于波浪能发电站)。在能量生产与能量需求常常存在很少或零相关性。

一种用以解决不相关的电力生产和电力需求的问题的已知途径是临时存储已经被产出但还未被需求的能量，并在存在高需求时释放所存储的能量。过去，已经建议了许多不同的方法来临时地存储能量。所建议的方法例如有：(a) 机械能存储方法，例如泵送水存储器、压缩空气存储器和飞轮，(b) 化学能量存储方法，例如电化学电池和有机分子存储，(c) 磁能存储器，和(d) 热能存储器。

US 2010/0251711 A1公开了一种用于存储能量的设备。该设备包括用于接收气体的压缩室、用于压缩包含在压缩室中的气体的压缩活塞、用于接收和存储来自被压缩活塞压缩的气体的热能的第一热存储器、用于在暴露于第一热存储器之后接收气体的膨胀室、用于使被接收在膨胀室中的气体膨胀的膨胀活塞、和用于将热能传递至被膨胀活塞膨胀的气体的第二热存储器。因此，提供了能量存储设备，其中第一和第二热存储器件被放置在热泵循环内，以在充能期间分别生成热和冷存储器。能量然后在放能模式中是可回收的，方法是通过使气体穿过受到冷却的第二热存储器件、压缩被第二热存储器件冷却的气体、通过将气体暴露于被加热的第一热存储器件来加热被冷却的压缩气体、并允许被加热气体通过在发电机器件上做功而膨胀。然而，使用冷存储器在所使用的机械设备上提出一些挑战。

可能存在需求来改善热能的临时存储器，特别是相对于热能存储和回收系统的实施方式和效率。

发明内容

该需求可以通过独立技术方案的主题来得到满足。本发明的有利实施例由从属技术方案来描述。

根据本发明的第一方面，提供了一种热能存储和回收机构。该机构包括第一热能存储器、联接至第一热能存储器的压缩和膨胀单元、和联接至压缩和膨胀单元的第二热能存储器。在充能模式中，所述第一热能存储器适于接收向热能存储和回收机构供应的工作介质并向接收到的工作介质释放热能，所述压缩和膨胀单元适于接收来自第一热能存储器的工作介质并压缩工作介质，所述第二热能存储器适于接收来自压缩和膨胀单元的被压缩工作介质、接收来自被压缩工作介质的热能并存储该能量的至少一部分，并且所述压缩和膨胀单元适于接收来自第二热能存储器的被压缩工作介质并使被压缩工作介质膨胀。所述第一热能存储器和所述第二热能存储器适于在等于或大于所述热能存储和回收机构的环境温度的温度处工作。

本发明的基本构思之一是使用标准部件来提供热能存储和回收机构。

术语“热能存储器”可以表示任何类型的存储器，其能够存储热能，来例如以备后用。可以采用存储器来平衡日间与夜间之间的能量需求。

第一热能存储器和第二热能存储器可以是热存储器。术语“热存储器”可以表示在高于或等于环境温度的温度处工作的任何存储器。环境温度可以表示周围介质的温度。“在处于或高于环境温度处工作”可以表示存储器在处于或高于环境温度处接收工作介质，以及在处于或高于环境温度处输出工作介质。

术语“压缩和膨胀单元”可以表示能够压缩和膨胀工作介质的任何类型的单元。当压缩工作介质时，工作介质的压力可以变高。当使工作介质膨胀时，工作介质的压力可以变低。

工作介质可以是任何类型的介质，流体或气态介质，其适合于在这种能量存储和回收机构中使用。

该机构的不同元件，即存储器以及压缩和膨胀单元，可以例如经由管来联接，以在机构的元件之间提供热联接。

术语“充能模式(charging mode)”可以表示机构的一种操作模式，其中能量例如热能被存储到机构中。

当使用冷材料或介质时，可能发生极大量的湿气，例如由冷凝水引起，其还可能导致冰的生成。这导致对用于存储器和连接管的材料的特别要求。通过使用在处于或高于环境温度的温度处工作的存储器(热存储器)，可以降低这些要求。