用于存储热能的设备的制作方法

文档序号:5141293
用于存储热能的设备的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于存储热能的设备。该存储通过工作气体的压缩和膨胀实现,其中,泵和压缩机可以例如通过电动机驱动,该电动机临时消耗网络中过多产生的电流。产生的热能临时存储在蓄冷器(16)和蓄热器(14)中。按本发明规定,为了给设备释能而将蒸汽回路(40)连接在蓄热器(14)和蓄冷器(16)上,借助该蒸汽回路能够驱动透平(43)以通过发电机(G)获得电能。该回路通过不同于用于设备蓄能的回路(未示出)的管道系统(4)实现。因此,电网中由产能过剩获得的热能有利地可以以较高的效率通过蒸汽回路转换回电能。
【专利说明】用于存储热能的设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于存储热能的设备,该设备具有用于工作气体的蓄能回路,亦即,在蓄能回路中使用工作气体。在蓄能回路中,下列的单元以给定的序列通过用于工作气体的第一管道相互连接:第一热力学流体能机器,蓄热器和第二热力学流体能机器。沿工作气体的流通方向从第一热力学流体能机器向第二热力学流体能机器看,第一热力学流体能机器作为做功机器连接,第二热力学流体能机器作为原动机连接。
【背景技术】
[0002]概念原动机和做功机器在本发明的框架内这样地使用,使得做功机器吸收机械功,以达到其目的。用作做功机器的热力学流体能机器因此以压缩机或以压缩机工作。与之相对,原动机做功,其中,用于做功的热力学流体能机器转换存在于工作气体中的热能。在这种情况下,热力学流体能机器也就是说以电动机工作。
[0003]概念“热力学流体能机器”形成这种机器的上位概念,这种机器能从工作流体,与本申请有关,工作气体中吸走或输入热能。热能理解为热能和冷能。热力学流体能机器(下列也简称为流体能机器)例如可以设计成活塞式发动机。优选也可以使用液力的热力学流体能机器,其叶轮允许工作气体连续的流动。优选使用轴向作用的透平或压缩机。
[0004]开头给出的原理例如按US2010/0257862A1描述。在此,使用活塞式发动机,以便执行上述的方法。此外,按US5,436,508已知,借助开头给出的用于存储热能的设备也可以临时存储在利用风能发电流时过剩的产能,以便在需要的情况下又调用它。

【发明内容】

[0005]本发明所要解决的技术问题在于,开头所述类型的用于存储热能的设备(例如将机械能转换为热能然后将其存储或将已存储的热能转换为机械能),通过该设备在所用的结构单元的合理费用的同时可以实现较高的效率。
[0006]该技术问题通过开头所述的用于存储热能的设备按本发明由此解决,所述的蓄热器通过第二管道也可以连接到用于作为工作介质的蒸汽的释能回路中,其中,在释能回路中下列的单元以给定的序列通过第二管道相互连接:泵、蓄热器和作为原动机连接的第三热力学流体能机器,其中,该第三热力学流体机器尤其可以是蒸汽透平。泵用作第四热力学流体能机器,其中,应当指出,泵输送该液态水。该液态水在蓄热器中蒸发并且以这种方式驱动蒸汽透平。由此可以有利地实现热能到设备中的蓄能和从设备中释能。释能回路导引蒸汽并且在此与传统发电厂的常见蒸汽回路不相同。当然,该技术问题如下地得以解决:这种蒸汽回路通过热存储器与开头所述类型的蓄能回路结合并且以这种方式蒸汽回路可以用作热存储器的释能回路。有利地可以通过将蒸汽使用为在释能回路中的工作介质来实现更高的能量密度,因此,可以使用较小的和更低廉的构件。由此,可以实现较高的效率并且降低所用的结构单元的材料费用并因此降低其购置成本。
[0007]一般,已述类型的蒸汽回路是封闭的。然后,在封闭式回路内,在第三流体能机器和泵之间具有冷凝器,该冷凝器在工作介质经过蒸汽透平之后从其中吸走热量并且以这种方式液化。当然,在原则上还可考虑,回路设计成开放的。然后,泵必须以来自周围环境中的供给水供给,而工作介质在经过第三流体能机器之后又被吹出到周围环境中。
[0008]按本发明的一种结构方案规定,蓄热器在蓄能回路和释能回路中被沿相反方向流过。这通过蓄热器适当地与蓄能回路或释能回路连接而实现,方式是将它分别连接到第一管道或第二管道中。在蓄热器的蓄能和释能时相反的通流方向的优点是,在蓄能和释能时,热-冷交界线分别沿相反的方向运动。由此,可以在蓄能和释能运行状态之间来回切换,而不必等待蓄热器完全蓄能或释能。
[0009]按本发明的另一种结构方案规定,蓄热器具有与第一管道连接的第一通道系统和与第二管道连接的、独立的第二通道系统。这样的优点是,通道系统分别最佳地针对所处的运行状态设计。在此要注意的是,其中使用蒸汽,尤其是水蒸汽的释能回路有利地例如在压力为100巴时运行。有利地应当用可购得的液力压缩机运行的蓄能回路在这种情况下必须针对仅15巴的压力设计。因此,第一通道系统的壁可以设计具有比第二通道系统的壁更小的壁厚。通道系统优选通过平行延伸的管道在热存储介质,例如水泥中。备选于独立的通道系统是阀的连接线路,以便通过蓄热器提供的唯一一个通道系统交替地连接到第一管道中或第二管道中。但在从释能到蓄能的运行变换中进行通道系统的干燥,由此失去时间。该干燥步骤在独立的通道系统用于蓄能回路和释能回路时可以有利地节省。
[0010]当存在两个通道系统时也可以不同地选择管道的材料。代替不同的壁厚,例如可以为第二通道系统选择更稳定的材料。也可以考虑,在通道系统中存在不同的腐蚀条件。
[0011]此外,有利地可以存在第一通道系统和第二通道系统,蓄热器的蓄能和释能同时进行。可以有利地例如利用该运行状态的情况是,蓄能运行眼下因为所产生的风能过量仍然是合理的,但例如按照天气预报的分析可预见,短期不再存在风能且另一方面不再能满足对风能的需求。因为释能回路在可以获得电能之前需要一定的准备工作阶段,所以它已经高负荷运转,即使蓄能过程眼下还可以持续不断地进行。然后,在出现预期的能源短缺时,立即会通过蓄热器的释能提供电能。
[0012]有利的是,第一通道系统的体积与第二通道系统的体积的比大致反比于第一通道系统中在蓄能过程时的比热焓增加与第二通道系统中在释能运行时的比热焓增加的比。与本发明相关地,“大致”意味着,在反比情况下,允许直至25%,优选直至10%的误差,以便在本发明的意义内还处于许可的比例范围。
[0013]按本发明的一种特别有利的结构方案,在使用两个通道系统时规定,第一通道系统和第二通道系统通过平行延伸的管道形成,其中,属于第一通道系统的各管道至少与第二通道系统的管道相邻地延伸。换句话说,两个通道系统的管道在热交换器中布置成,使得虽然第一通道系统的管道数量更多,但总具有一根第二通道系统的管道在第一通道系统的各管道附近。由此,有利地确保,既在蓄热器的蓄能也在释能时可以实现,通过其垂直于管道走向存在的横截面为其均匀的加热。以这种方式可以有利地最佳地充分利用蓄热器中存储介质的热容量。
[0014]此外,有利的是,第三热力学流体能机器两级地由高压透平和低压透平构成。这种用于透平的作用原理在从蒸汽中获得机械能(电能)情况下充分已知。因此,该蒸汽可以两级地膨胀。由此,蒸汽中更大的能量含量转换为机械能。由此,整体上有利地提高该设备的效率。
[0015]此外,允许蒸汽的两级膨胀,使得可关闭的第一旁路管道可以与高压透平并联地接在第二管道中。由此通过更好地利用存储在蓄热器中的热量可以实现在按本发明的设备中的其他优点。高压透平的运行只在蓄热器中的温度足以过度加热水蒸汽并因此形成需要用于高压透平的运行的压力时才有令人满意的效率。若蓄热器中的温度下降为,使得该压力不再会形成,因此,温度总是还足够用于运行低压透平。因此,为了提高在该运行状态中的效率,可以打开旁路管道,使得绕开高压透平。因此,在机械能的获得效率仍令人满意时可以进一步给蓄热器释能。
[0016]本发明的一种特别的结构方案规定,蓄冷器沿蓄能回路的流通方向看在第二热力学流体能机器的后方连接到第一管道中。在此要考虑,工作气体在离开第二流体能机器之后具有进一步低于冰点的温度。由此提高冷能,该冷能按本发明存储在蓄冷器中。在此,它例如可以用于运行冷藏室,以便可以节省随着冷藏室的冷却否则产生的能耗。这在整体上改善了设备的能量平衡。另外的可能性在于,蓄冷器沿释能回路的流通方向看也可以在第三热力学流体能机器的后方连接到第二管道中。这可以(如已阐述)通过与蓄能回路无关的通道系统在蓄冷器中进行。因此,蓄冷器用于蒸汽的冷凝并且在此非常有效地工作。与常用的冷凝器相比,尤其可以缩短蒸汽/液态工作介质的通行路径,因为存在更高的温度降。与之有关的蓄冷器(它用作冷凝器)中更小的流动阻力提高了设备的总效率。
[0017]在蓄热器和蓄冷器的热蓄能时有利的是,在第一流体能机器的前方,附加蓄热器被工作气体流过。亦即,工作气体通过附加蓄热器预热并且馈送到第一流体能机器中。附加蓄热器的使用具有下列优点。若该设备用于存储热能,则在经过该情况下以做功机器(压缩机)工作的第一/第三流体能机器之前流过附加蓄热器。由此工作气体预热已超过环境温度。这样的优点是,做功机器要达到工作气体需要的温度所必须吸收的功率更小。具体地,蓄热器应当预热到超过500° C,这有利地在工作气体的预热之后也可以借助标准的热力压缩机进行,该热力压缩机使工作气体能够压缩到15巴。因此,可以有利地基于用于该设备的结构单元的构件,这些构件在市场上无需昂贵的修改可获得。有利地,工作气体可以在附加蓄热器中加热到60° C到100° C之间的温度,特别有利地加热到80° C的温度。如已提到的那样,工作气体可以在蓄热器和蓄冷器的蓄能回路中压缩到15巴,由此工作气体可以达到直至550° C的温度。
[0018]按本发明的一种特别有利的结构方案也可以规定,附加蓄热器沿释能回路的流通方向看也在蓄热器之前可以连接到第二管道中。由此可以确保,水或蒸汽在附加蓄热器中已经预热,因此存储在更热的蓄热器中的热量更长时间地用于蒸汽的过度加热。因此,该设备可以有利地尽可能长时间地在所需的压力和所需的温度中为了最佳的效率运行。
[0019]特别有利的是,可关闭的第二旁路管道与蓄热器并联地接在第二管道中。由此可行的是,在蓄热器未足够地蓄能的运行状态下,仅仅使用附加蓄热器。存在于附加蓄热器中的温度在该情况下足以仅运行设计成两级的第三流体能机器的低压透平并且在效率令人满意时以这种方式输出机械功率。
[0020]备选地,附加蓄热器也可以由外部和热和冷能源供给。在此,提供例如来自发电厂的集中供暖。但特别有利的是,附加蓄热器也通过热泵过程蓄能。为此,附加蓄热器可以有利地通过附加管道连接在第五热力学流体能机器和第六热力学流体能机器之间,其中,沿工作气体的流通方向从第五热力学流体能机器向第六热力学流体能机器看,第五热力学流体能机器作为做功机器连接,第六热力学流体能机器作为原动机连接。因此,专门的热泵回路(附加回路)有利地用于给附加蓄热器蓄能,其中,为了附加蓄热器中要产生的温度可以优化第五和第六流体能机器。当然,如果通过管道或旁路管道实现合适的连接,附加蓄热器也可以通过第一或通过第三流体能机器蓄能。在此总要权衡,对构件的花费相对单个过程效率的提高。在该权衡下,经济上的考虑很重要。
[0021]工作气体可以根据选择在封闭式或开放的蓄能回路或附加回路中导引。开放的回路总是使用环境空气作为工作气体。它从周围环境中吸出并且在该过程的末尾也又排入周围环境中,因此,周围环境封闭开放的回路。封闭式回路也允许将另外的工作气体用作环境空气。该工作气体在封闭式回路中导引。因为到周围环境中的膨胀在同时调节环境压力和环境温度的情况下省略,所以工作气体必须在封闭式回路的情况下导引通过热交换器,该热交换器允许工作气体的热量散发到周围环境中。
[0022]例如可以规定,用于在蓄冷器和/或蓄热器中存储热能的蓄能回路设计成开放的回路并且在此作为原动机工作的第二热力学流体能机器由两个级构成,其中,在这两个级之间提供用于工作气体的水分离器。在此,考虑到在环境空气中含有空气湿度。通过工作气体在唯——级中的膨胀会导致,空气湿度由于工作气体强烈地冷却到例如-100° C而冷凝并因此损坏热力学流体能机器。尤其是,透平叶片会由于结冰造成永久性损坏。但工作气体在两个步骤中的膨胀使已冷凝的水能够在第一级之后的水分离器中例如在5° C时分离,以便它在工作气体进一步冷却时在第二透平级中已经除湿并且可以防止或至少减少结冰。有利地以此降低损坏第二流体能机器的风险。
[0023]若使用封闭式回路,热交换器必须在第一或第三流体能机器之前,若使用附加蓄热器,在该附加蓄热器之前装入该封闭式回路,以将工作气体加热到环境温度。因此,可以省掉水分离器以及作为原动机的两级的流体能机器的使用。在该情况下作为工作气体例如也可以使用除过湿的环境空气,其湿润由于该回路的封闭性已排除在外。但也可以使用另外的工作气体。
【专利附图】

【附图说明】
[0024]下文根据附图描述本发明进一步的详情。相同或相应的附图元件在此分别具有相同的附图标记并因此仅多次阐述在各附图之间的区别。附图中:
[0025]图1和图2是按本发明的设备分别在蓄能(图1)和释能(图2)的运行状态下的实施例的框图,
[0026]图3是蓄热器14中蒸汽与蓄热器中经过的路径X有关的温度曲线T的图形以及
[0027]图4和图5是管道在蓄热器、附加蓄热器和蓄冷器中的布置的可能性的横截面示意图。
【具体实施方式】
[0028]根据按图1和图2的设备,应当进一步描述热存储器12、14、16的热蓄能和释能过程。在图1中,首先示出两级的蓄能过程,该两级的蓄能过程按热泵的原理作用。示出开放的蓄能回路,但该开放的蓄能回路,如点划线所示,可以通过任选地提供的热交换器17b的使用而封闭。图2和图3的实施例中由空气组成的工作气体中的状态分别在管道30,31,32上以圆圈表不。左上方给出以巴表不的压力。右上方给出以kj/kg表不的i:含。左下方是以。C表示的温度,右下方是以kg/s表示的质量流。气体的流动方向通过在相关管道中的箭头示意(这些圆圈也使用在图2中)。
[0029]在用于按图1的第一管道31的蓄能回路的模型计算中,I巴和20° C的工作气体进入(之前已蓄能的)附加蓄热器12中并以80° C的温度离开它。通过借助作为压缩机工作的第一流体能机器34的压缩,导致压力升高到15巴,并因此也导致温度升高到540° C。该计算基于下列的公式
[0030]T2=T1+ (T2s-T1) / nc ; T 2s= T 工 Π (κ_1)/κ,其中,
[0031]T2是压缩机出口上的温度,
[0032]T I是压缩机入口上的温度,
[0033]η。是压缩机的等熵效率,
[0034]Π是压力比(在此15:1),和
[0035]K是压缩率,在空气的情况下为1.4。
[0036]假设压缩机的等熵效率Π。.为0.85。
[0037]加热的工作气体现在流过蓄热器14,在此,存储可用的热能的主要部分。在存储过程中,工作气体冷却到20° C,而压力保持在15巴。然后,工作气体在第二流体能机器35的两个串联的级35a,35b中膨胀,以便它达到I巴的压力水平。在此,工作气体在第一级之后冷却到5° C,并且在第二级之后冷却到-100° C。用于该计算的基础同样是上面给出的公式。
[0038]在连接高压透平和低压透平形式的第四流体能机器的两级35a,35b的、管道31的部分中,附加地提供水分离器29。该水分离器能够在第一膨胀之后实现空气的干燥,以便包含在其中的空气湿度在第四流体能机器35的第二级35b中不会导致透平叶片结冰。
[0039]在另一个过程中,膨胀的并因此冷却的工作气体从蓄冷器16中吸出热量并由此加热到0° C。以这种方式,在之后的产生能量时可以利用的冷能存储在蓄冷器16中。若比较工作气体在蓄冷器16的出口和附加蓄热器12的入口上的温度,则清楚的是,为什么必须为封闭式蓄能回路的情况提供热交换器17b。在此,工作气体又可以加热到环境温度20° C,由此从周围环境中吸出热量,该热量提供给该过程。当然,在工作气体直接地从周围环境中吸入时可以省掉这种措施,因为这已经具有环境温度。
[0040]为了在经过第一管道31的蓄能回路时可以实现通过附加蓄热器12的预热,附加回路通过附加管道30实现,借助该附加回路可以给附加蓄热器12蓄能。因此,附加蓄热器12必须连接到第一管道31的蓄能回路上且连接到附加管道30的附加回路上。在第一管道31上的连接通过阀A进行,而在附加管道30上的连接通过阀B的打开来确保。在经过附加管道30时,空气首先导引通过作为压缩机工作的第五流体能机器36。已压缩的空气导引通过附加蓄热器12,其中,流通方向根据所示的箭头正好与通过第一管道31形成的蓄能回路反向地走向。当空气通过压缩机从环境压力(I巴)和环境温度(20° C)置于4巴和温度188° C之后,空气通过附加蓄热器12又冷却到20° C。然后,空气通过作为透平工作的第六流体能机器37的级37a,37b在两个级中膨胀。而且,在此在连接两个级37a,37b的附加管道30中提供水分离器29,该水分离器正好与位于第二管道31中的水分离器一样功能相同。在空气通过第六流体能机器37膨胀之后,它在环境压力(I巴)下具有温度-56° C。因此对于这种情况,附加管道30的附加回路,如点划线所示,应当设计成封闭的,必须提供热交换器17c,以便空气通过热传递到周围环境中可以从-56° C加热到20° C。
[0041]第二管道31和附加管道30的回路彼此无关地运行。因此,第三和第四流体能机器通过轴21与电动机Ml机械地联接,第五和第六流体能机器通过另外的轴21与电动机M2机械地联接。在风能发电设备22的产能过剩时,电能首先可以驱动电动机M2,以便给附加蓄热器12蓄能。然后可以通过电动机Ml的运行和同时附加蓄热器12的释能,给蓄热器14和蓄冷器16蓄能。然后,可以通过电动机M2的运行还可以又给附加蓄热器12蓄能。若给所有存储器全部蓄能,则可以引入有效的释能循环以便获得电能(参照图2)。但若风能发电设备22的产能过剩结束,不能给附加蓄热器12蓄能,则其中提供的能量也可以用其它的热源41代替,或它仅在蓄热器14中(参照图2)使用。
[0042]也可设想附加蓄热器12,该附加蓄热器12可以通过分开的用于第一管道31和附加管道30的管道系统供给。由此,形成两个无关的回路,不使用阀I和K。以这种方式,可以同时给附加蓄热器12蓄能和释能。因此,也可以设想在该情况下,电动机Ml,M2同时运行。该运行机制具有两个优点。一方面,风能发电设备22更大的产能过剩也可以通过电动机M1,M2在满负荷时的同时运行收集,由此产生系统更大的灵活性。此外,通过电动机的同时运行可以确保,三个热存储器12,14,16总是同时而不是依次填满。因此,当电网中不再存在产能过剩并且取而代之产生对附加电能的需要时,可以在全部的能操作释能过程的情况下的任何时间停止蓄能过程。
[0043]按图2,设备现在以释能回路运行,该释能回路通过第二管道40实现。管道40是封闭式回路。水经过附加蓄热器12、蓄热器14和可选择地通过另外的热源41,例如集中供暖,通过热交换器42蒸发并且过度加热并因此通过管道40 (阀C和D封闭)到达第三热力学流体能机器43。该第三热力学流体能机器43两级地构造,由依次经过的高压透平43a和低压透平43b构成。流体能机器43通过另外的轴21驱动发电机G。该发电机G在需要的情况下也就是说产生电流,而热存储器12,14,16释能。
[0044]蒸汽离开低压透平43b并且经由管道40通过打开的阀E导引通过以此释能的蓄冷器16。在此,蒸汽冷凝并且通过泵44的管道40 (第四流体能机器)又输送给蓄热器,由此回路闭合。若蓄冷器16清空,则备选地提供热交换器作为冷凝器45。该热交换器可以按一般流行的作用原理工作。为了激活冷凝器45,封闭阀E并且打开阀F。
[0045]通过操作阀C和D,可以在一定的运行状态中改进设备的效率。阀D位于第一旁路管道46中,在打开阀D时可以通过第一旁路管道46绕过高压透平43a。该运行状态合理的是,温度在蓄热器14中不再够通过过度加热水蒸汽使管道40中的压力到达需要的高度。后者可以通过给蓄热器14部分释能或还未完全蓄能引起(下面继续与之相关的阐述,参见图3).[0046]在极端的情况下,蓄热器14完全清空,而附加蓄热器12已经蓄能。该状态例如可以在这种情况下形成:附加能量只在很短时间内就可通过风能发电设备22提供,但现在要满足对电能的过度需求。在该情况下,除了阀D外,也可以接通第二旁路管道47的阀C。在该情况下,蓄热器14通过旁路管道47绕道,以便附加蓄热器12可以通过低压透平43b清空。因此,在该设备中已提供了能通过发电机G以令人满意的效率转换成电能的热能。在该情况下,还未给蓄冷器16蓄能,因为该蓄冷器16与蓄热器14共同地蓄能。因此,对于该运行状态,通过阀F接通冷凝器45。
[0047]为了理解图3,在图2中绘出了一些物理量。高压透平提供以具有压力Ph的蒸汽。具有更小压力Pi的蒸汽足以供给低压透平43b。该压力存在于高压透平43a和低压透平43b之间的连接管道40中或在一定的运行状态中在打开阀D之后也存在于旁路管道46中。此外,蓄热器14具有长度1,该长度I必须通过待沿运行变量X按照该长度加热的蒸汽。
[0048]在图3中,该运行变量X在X轴线上表示。通过热存储器14的温度范围在其长度I上表示,以便y轴线给出蒸汽的温度T。一方面可见温度tin,水以该温度tin进入蓄热器。为了高压透平43a的运行,需要温度Ut (Ph),该温度Ut (Ph)足以产生所需的蒸汽参数。Ts(Ph)表明水沸腾和蒸发的温度,其中,该温度保持直到水完全蒸发为止。这通过曲线a的水平部分段明确。若所有水蒸发,则由于蓄热器14内更高的温度进行所产生的蒸汽的过度加热,由此在管道40内达到所需的蒸汽参数。根据曲线a可知,在完全填充的蓄热器中,已在长度I的约2/3之后达到所需的温度,然后不可能进一步过度加热蒸汽,因此该温度保持恒定。
[0049]曲线b示出在蓄热器14中冷-热交界线已移至X1时达到的状态,(这在蓄热器14进一步释能时实现)。在该情况下,水直至X1都保持在温度Tin,其中,剩余的路段1-X1刚好还足以达到所需的温度Iut(Ph)。
[0050]若现在高压透平43a进一步供给以蒸汽,则它根据曲线c和虚线表示的曲线d仍然蒸发,但不再被过度加热,因为蒸汽之前已经通过达到蓄热器14的终端不再加热。但通过打开阀D并因此通过 绕开高压透平43a,现在将蒸汽直接地馈送到低压透平43b中。由此,降低了旁路管道46中的压力,也同样降低了所需的温度^ut(P1)。因此,温度曲线现在选择曲线c和e的路径,亦即,水已经在Ts(P1)时蒸发并且在蓄热器14的内部仍及时达到所需的温度I^ut (Pj)。
[0051]蓄热器14和蓄冷器16和附加蓄热器的结构在图1和图2的设备中分别是相同的并且通过在图1中蓄冷器16的局部放大进一步示出。提供容器,其壁24配有绝缘材料25,该绝缘材料具有较大的细孔26。在容器的内部,提供水泥27,该水泥用作蓄热器或蓄冷器。在水泥27的内部,若干管道28平行延伸地铺设,工作气体流过所述管道28并且在此释放热量或吸收热量(根据运行方式和存储方式)。
[0052]按图4和图5,分别示出通过蓄热器14、蓄冷器16和附加蓄热器12的横截面的局部,在其中可见管道28的横截面。显见薄壁管道28a和厚壁管道28b。薄壁管道28a形成第一通道系统48,厚壁管道28b形成第二通道系统49。蓄热器介质27为清楚起见未示出。此外,绘制出辅助线50,其中,它不是相应存储器的真实结构,而仅用于说明几何排列。
[0053]形成第一通道系统48的薄壁管道28a连接到第一管道系统31或附加管道系统30上。在此存在更小的压力,这解释了管道28a更薄的壁。通过厚壁管道28b形成的第二通道系统49连接到第二管道系统40上。它们必须经受更高的蒸汽压力,因此它们的壁设计得更厚。令人吃惊的是,相比厚壁管道28更多的是薄壁管道28。由此,通道系统48具有比通道系统49更大的横截面。如通过辅助线可知,按图4在管道的布置中,厚壁管道28b与薄壁管道28a的比为1:6(在图4中)或1:5(在图5中)。但可以从通过辅助线50表示的基本单元中得知,与各薄壁管道28a相邻至少一个厚壁管道28b。由此获得规则的管道图 案,该规则的图案整体上致使蓄热器均匀的加热。
【权利要求】
1.一种用于存储热能的设备,该设备具有用于工作气体的蓄能回路,其中,在所述蓄能回路中,下列的单元按给定的顺序通过用于工作气体的第一管道(31)相互连接: ?第一热力学流体能机器(34), ?蓄热器(14),和 ?第二热力学流体能机器(35),其中,沿所述工作气体的流通方向从所述第一热力学流体能机器(34)向所述第二热力学流体能机器(35)看,所述第一热力学流体能机器(34)作为做功机器连接,所述第二热力学流体能机器(35)作为原动机连接, 其特征在于, 所述蓄热器(14)通过第二管道(40)也能连接到用于作为工作介质的蒸汽的释能回路中,其中,在所述释能回路中,下列的单元以给定的顺序通过所述第二管道(31)相互连接:?泵(44) ?蓄热器(14)和 ?作为原动机连接的第三热力学流体能机器(43),尤其是蒸汽透平。
2.按权利要求1所述的设备, 其特征在于, 所述蓄热器(14)在所述 蓄能回路中和在所述释能回路中沿相反的方向被流过。
3.按权利要求1或2所述的设备, 其特征在于, 所述蓄热器具有与所述第一管道(31)连接的第一通道系统(48)和与所述第二管道连接的、独立的第二通道系统(49)。
4.按权利要求3所述的设备, 其特征在于, 所述第一通道系统(48)的体积与所述第二通道系统(49)的体积的比大致与蓄能运行期间在所述第一通道系统(48)中的比热焓增加与释能运行期间在所述第二通道系统(49)中的比热焓增加的比成反比。
5.按权利要求3所述的设备, 其特征在于, 所述第一通道系统(48)和所述第二通道系统(49)通过平行延伸的管道(28)形成,其中,属于所述第一通道系统(48)的各管道(28a)与所述第二通道系统(49)的至少一个管道(28b)相邻地延伸。
6.按前述权利要求之一所述的设备, 其特征在于, 所述第三热力学流体能机器(43)至少两级地由高压透平(43a)和低压透平(43b)构成。
7.按权利要求6所述的设备, 其特征在于, 可关闭的第一旁路管道(46)与所述高压透平(43a)并联地连接在所述第二管道(40)中。
8.按前述权利要求之一所述的设备,其特征在于, 蓄冷器(16)沿所述蓄能回路的流通方向看在所述第二热力学流体能机器(35)的后方连接到所述第一管道(31)中。
9.按权利要求8所述的设备, 其特征在于, 所述蓄冷器(16)沿所述释能回路的流通方向看也在所述第三热力学流体能机器(43)的后方连接到所述第二管道(40)。
10.按前述权利要求之一所述的设备, 其特征在于, 附加蓄热器(12)能通过附加管道(30)连接在第五热力学流体能机器(36)和第六热力学流体能机器(37)之间,其中,沿所述工作气体的流通方向从所述第五热力学流体能机器(36)向第六热力学流体能机器(37)看,所述第五热力学流体能机器(36)作为做功机器连接,所述第六热力学流体能机器(37)作为原动机连接。
11.按权利要求10所述的设备, 其特征在于, 所述附加蓄热器(12)沿所述蓄能回路的流通方向看也在所述第一热力学流体能机器(34)的前方连接到所述第一管道(31)中。
12.按权利要求10或11所述的设备, 其特征在于, 所述附加蓄热器(12)沿所述释能回路的流通方向看也在所述蓄热器(14)的前方连接到所述第二管道(40)中。
13.按引用权利要求6的权利要求12所述的设备,其特征在于, 第二可关闭的旁路管道(47)与所述蓄热器(14)并联地连接在所述第二管道(43a)中。
【文档编号】F01K3/12GK103946490SQ201280048019
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2012年9月24日 优先权日:2011年9月29日
【发明者】D.雷兹尼克, H.斯蒂斯达尔 申请人:西门子公司
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