[发明专利]使用填充在多个封闭体中的热存储材料存储和回收热能量

说明书

技术领域

本发明涉及临时存储和回收热能量的领域。具体地，本发明涉及：(a)包括热存储材料的热能量存储和回收装置，所述热存储材料可被热力学地耦合至热传递流体。此外，本发明还涉及：(b)配备有这种热能量存储和回收装置的热能量存储和回收系统。此外，本发明还涉及：(c)用于在这种热能量存储和回收装置内存储热能量的方法；以及(d)用于从这种热能量存储和回收装置回收热能量的方法。

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之间常常存在很少或没有相关性。

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)机械能量存储方法，例如抽水存储器、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器，(c)磁能量存储，和(d)热能量存储。

文献US 2010/0301614 A1公开了一种用于存储和恢复电能量的设施。所公开的设施包括第一封闭体和第二封闭体，它们各自包含气体和多孔性耐火材料，适合于通过所述多孔性耐火材料与流动穿过相应封闭体的气体之间的接触来传递热。所公开的设施进一步包括压缩器和膨胀器，来用于在一封闭体的与其它封闭体的端部连接的端部的每个之间在管中流动的气体。多孔性耐火材料可以形成为砖，比如耐火粘土或类似材料。

文献WO 2009/044139 A2公开了一种用于存储能量的设备。所公开的设备包括：(a)用于接收气体的压缩室器件；(b)用于压缩被包含在压缩室器件中的气体的压缩活塞器件；(c)用于接收和存储来自被压缩活塞器件压缩的气体的热能量的第一热存储器件；(d)用于接收暴露于第一热存储器件之后的气体的膨胀室器件；(e)用于膨胀被接收在膨胀室器件中的气体的膨胀活塞器件；和(f)用于将热能量传递至被膨胀活塞器件膨胀的气体的第二热存储器件。由该设备使用的循环具有两个不同的阶段，其可被分割到分离的装置中，或者可被组合到一个装置中。第一热存储器件和第二热存储器件可以配备有代表热存储材料的砂砾或岩石。

然而，在替代能量来源被设立以及能量生产与能量需求不相应的许多位置处，砂砾或岩石无法大量获得。通常，例如在丹麦，地貌的特征在于来自多个冰河时代的例如沙子等沉积物和堆积物。在这类地区可获得的例如燧石等沉积岩不适合于加热和重复的热循环，因为石头有开裂的风险。用于高温存储的优选岩石被称为火成岩，例如花岗岩，但是这种类型的岩石不是到处都可获得的，需要被运输，其是昂贵的。

可能存在需求来提供一种热能量存储和回收装置，其适合于使用广泛可获得的且便宜的材料作为热存储材料。

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，提供了一种热能量存储和回收装置，其包括：(a)容器，其具有用于将热传递介质插入所述容器的内部中的第一流体终端和用于从所述容器的内部取出所述热传递介质的第二流体终端；(b)热存储材料，其(b1)用于在所述热能量存储和回收装置处于第一操作模式时从所述热传递介质接收热能量，以及(b2)用于在所述热能量存储和回收装置处于第二操作模式时将热能量释放至所述热传递介质；和(c)多个封闭体，各自被至少部分地填充有所述热存储材料的一部分，其中所述封闭体在空间上配置在所述容器内，使得(i)能在所述第一流体终端与所述第二流体终端之间引导所述热传递介质的流动，并且(ii)当所述热传递介质在所述第一流体终端与所述第二流体终端之间流动时能在所述热传递介质与所述多个封闭体之间获得直接的热接触。

所描述的热能量存储和回收装置基于以下构思：通过将热存储材料在空间上配置在容器内，热传递介质可被引导穿过容器，而不必需要特殊的热交换器件比如延伸穿过容器的金属管以及在热存储介质与特殊的热交换器件之间提供热交互作用。通过避免使用在空间上分配于容器内的热交换器件，可确保的是：在第一流体终端与第二流体终端之间在流动穿过容器的热传递介质与热存储介质之间存在良好的热接触。由此，热能量存储和回收工艺的效率可得到提高。