[发明专利]具有冷却装置的热量交换系统以及通过使用该热量交换系统来交换热量的方法

说明书

本发明涉及一种具有至少一个水平热量交换室的热量交换系统，热量交换室具有环绕其至少一个热量交换室内部的热量交换室边界。热量交换室边界包括：至少一个第一开口以将至少一种热量传递流体的进流引入热量交换室内部，以及至少一个第二开口以将热量传递流体的出流引出热量交换室内部。至少一种热量存储材料设置在热量交换室内部中使得通过热量交换室内部的热量传递流体的热量交换流引起热量存储材料和热量传递流体之间的热量交换。热量交换室位于土壤的土壤区域。至少一个冷却装置设置在热量交换室和土壤之间以阻止热量交换室到土壤的热量传递。热量交换室优选地位于土壤区域且冷却装置位于热量交换室下方。通过冷却装置避免地底的热应力。

技术领域

本发明涉及具有冷却装置的热量交换系统以及通过使用热量交换系统交换热量的方法。

背景技术

例如，能量交换系统是能量存储系统。能量存储系统在供电网的稳定性的提高中扮演着重要的角色。显热交换系统是用于存储来自可再生资源的波动能量的现有技术。

来自主供电网的过剩电能被转换成热量（热能）并且被存储在热量交换系统的热量交换室的热量存储材料中。

在没有风或者风力低的情况下，所存储的热能用于产生蒸汽以便在蒸汽涡轮发电机上产生电能，并且所产生的电力在主供电网中被馈送。

显能量存储能够例如通过加热固体热存储材料（如石头或者碎石）而实现。该材料被加热并且长时间保持高温水平。

存储用于电网平衡的大量能量需要具有1 kJ / kg K的大小的热容的大量固体存储材料。

存储材料需要被建立在地面上。因此，土壤（soil）通过地面的热绝缘而被加热。热量被传递到土壤。这导致两个方面的问题。首先是法律问题：一般而言，在德国不允许将地下水加热超过几度开尔文。其次是设计问题：材料必须适合当前温度。

现有技术是热绝缘以及使用耐热材料以用于显热存储。这是可能的，因为大部分现有技术的显热存储器不能保持非常高的温度水平，而与常规的蒸汽循环结合使用的热量存储器需要以非常高的温度存储热量。代替地，存储器能够在每个单个循环后完全冷却。这导致高的能量损失，因为在接下来的蓄充循环中低温度热量不能够被再循环（在闭环中）。

发明内容

本发明的目标在于提供一种高温热量交换系统，该高温热量交换系统对于热量交换系统的热量交换室所位于的地面具有降低的热应力。

该目标通过权利要求书中限定的本发明而实现。

一种热量交换系统被提供，该热量交换系统具有至少一个水平热量交换室，该热量交换室具有环绕热量交换室的至少一个热量交换室内部的热量交换室边界。热量交换室边界包括：至少一个第一开口，该第一开口用于将至少一种热量传递流体的进流引导至热量交换室内部中；以及至少一个第二开口，该第二开口用于将热量传递流体的出流引导出热量交换室内部。至少一种热量存储材料设置在热量交换室内部中，使得通过热量交换室内部的热量传递流体的热量交换流引起热量存储材料和热量传递流体之间的热量交换。热量交换室位于土壤的土壤区域处。至少一个冷却装置设置在热量交换室和土壤之间以用于阻止从热量交换室到土壤的热量传递。优选地，热量交换室位于土壤区域上，并且冷却装置位于热量交换室下方。

除了热量交换系统外，一种用于通过使用热量交换系统来交换热量的方法被提供。因此，在热量交换系统的操作模式中，热量传递流体的热量交换流被引导通过热量交换室内部，由此在热量存储材料和热量传递流体之间引起热量交换。该操作模式从由下述内容组成的组中选择：蓄充模式，该蓄充模式包括从热量传递流体到热量存储材料的热量传递；放出模式，该放出模式包括从热量存储材料到热量传递流体的热量传递。