热存储设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种存储热能的设备，并且特别地但不是唯一地，涉及一种热存储单元，该热存储单元具有存储热能的建筑骨料(construct1n aggregate)和允许能量能够被存储并且从所述热存储器中提取出的流体传热介质。
【背景技术】
[0002]电形式的动力或能量的供给通常要求随后可以被转换为和/或被提供为电的能源。传统地，化石燃料已经被用作能源，以驱动涡轮机用于电的生成。随着自然资源减少并且面对气候变化，可再生能源已经被研宄用于动力和电的生成。特别地，太阳能作为传统化石燃料的替换能源已经引起了适当的注意。
[0003]太阳能收集装置被很好地建立并且根据两个类型被分类。非聚光型收集器直接接收作为辐射的平行光束的太阳辐射。该装置通常包括太阳能电池板，或可以被加热并且被构造成发送和存储太阳辐射的光伏电池阵列。太阳能收集器的另一类型被称为聚光型，该聚光型的太阳能收集器使用透镜或反射镜组件来反射或折射辐射，以将光束会聚到目标上成为更加聚焦的阳光覆盖区。
[0004]W02009/147651公开了一种太阳能发电机系统，该太阳能发电机系统用于会聚太阳光束以用于热力学循环，该热力学循环利用气体或蒸汽循环和涡轮机以发电。太阳光束会聚系统包括多个会聚反射镜，该会聚反射镜用于朝适当的吸收和聚积主体反射辐射。
[0005]US2009/0308072公开了改进的布雷顿循环(Brayton cycle)发动机，该布雷顿循环发动机利用由太阳辐射加热的工作流体。特别地，存储单元中的金属氢化物材料被加热，并且来自氢化物材料的被驱动的氢在放热反应中以被控制的速度与所述材料重新组合，以便加热可压缩的布雷顿工作流体，用于随后驱动联接到发电机的涡轮机。
[0006]W02010/019990公开了太阳能和发电系统。发电系统包括具有过热器、涡轮机、冷凝器、再冷却器、接收器和泵的闭式工作流体。工作流体被分离为第一平行流和第二平行流。太阳能收集系统被构造成在第一流和第二流中通过热交换器加热工作流体。然后第一流体流和第二流体流被组合、过热和传送到涡轮机。
[0007]W02010/021706公开了利用可再生的地热、风能和太阳能能源进行操作的基于蒸汽的发电厂。风能或太阳能在电解单元中被转化为氢。然后生成的氢被供给到锅炉中，用于向涡轮机和发电机供应热能。
[0008]W02009/129166公开了包括蒸汽发电机和涡轮机的太阳能热电厂。使用太阳能将水转化为蒸汽。然后过热器加热来自蒸发器的蒸汽以提供被供应给涡轮机的过热蒸汽。
[0009]然而，基于太阳能的传统发电系统具有多个缺点，特别地该缺点包括太阳能被捕获和利用以用于发电所进行的操作的效率。另外，主要由于存储被捕获的太阳能的不足的容量，所以传统系统还受到限制。传统系统的使用通常受限于热气候，并且需要不断地对有限的能量存储装置再储能，这可能导致在较差的或恶劣的天气条件下不能获得动力或电會K。
[0010]因此，需要用于存储能量以便随后在相同或不同的形式下进行利用的设备和方法。
【发明内容】
[0011]因此，发明人提供了能够将能量存储为热用于随后利用的存储设备和方法。本热存储器能够利用液相传热介质进行操作以在所述热存储器处供应和提取热能。另外，本热存储器可以形成由任何可再生能源和特别是太阳能能源驱动的发电厂的一体部分。可选地，本热存储器可以用作任何发电厂或系统中的热存储单元。
[0012]在优选的利用方式中，本热存储器形成可再生能量系统的部件，该可再生能量系统包括透镜或反射镜的阵列，以利用在目标上会聚的太阳能。目标处的热能经由连接到热存储器的气相工作流体循环被传送到热存储器。可选地，被加热的目标可以将热能传递到热交换器，该热交换器又经由分开的工作流体而连接到本热存储装置上。本热存储装置还适合于连接到另外的热交换器和涡轮机装置，使得在太阳能的情况下，提取的热能可以在能量收集周期(例如白天和夜晚)中且可选地在所述能量收集周期之间用于驱动涡轮机并且提供需要的电源。
[0013]根据本发明的第一方面，提供接收和存储来自工作流体的热能的设备，所述设备包括:内腔，所述内腔被至少一个侧壁、顶部和基部限定；入口，所述入口允许被加热的流体流进内腔中；出口，所述出口允许流体流出内腔；
[0014]建筑骨料形成的多个柱，该建筑骨料形成的多个柱在顶部和基部之间的方向上在内腔中轴向地延伸，所述柱通过间隔区被彼此隔离以在顶部和基部之间在轴向方向上提供多个流体流动通道；多个壳体，该多个壳体分别围绕每个柱设置，以容纳柱形式的建筑骨料；入口和出口，该入口和出口相对于侧壁、顶部和/或基部定位，使得流体被构造成在柱之间从入口轴向地流动到出口，并且与柱接触以将热能传送到建筑骨料。
[0015]W02010/116162公开了可以使用本热存储装置的示例性系统，W02010/116162通过引用而被纳入本文。
[0016]在本说明书中，术语‘建筑骨料’包括任何天然产生的骨料、从地球外壳提取出的矿物质或非矿物质。术语特别包括从下组的任一个或组合制造或处理的天然材料或合成材料:砂子、石头、岩石、玄武岩、混凝土、粉煤灰、矿渣、天然产生的材料或合成的建筑材料。另夕卜，建筑骨料可以形成为砂子、碎石、石子、砾石、巨砾或其它粒状的材料。
[0017]在本说明书中，术语‘柱’包括柱子、壁或优选地被预制以使热存储设备能够被方便地装配的一块建筑骨料。优选地，建筑骨料通过诸如网状物、网或穿孔结构被维持为柱式几何形状。
[0018]可选地，建筑骨料包括下组的任一个或组合:砂子、石头、岩石、玄武岩、混凝土、粉煤灰、矿澄、天然产生的材料或合成的建筑材料。可选地，建筑骨料形成为下组的任一个或组合:砂子、碎石、石子、砾石、巨砾或其它粒状的材料。
[0019]可选地，每个柱都在顶部和基部之间在轴向方向上包括均匀的横截面尺寸。优选地，柱具有大致相等的平均横截面尺寸。优选地，柱的外表面在顶部和基部之间在纵向方向上被设置成彼此触及接触或接近彼此触及接触。可选地，间隔件可以被设置以隔离柱并且维持通道。可选地，设备可以包括至少一个支架，该支架被构造成将至少一个或多个柱保持为整体结构并且维持轴向延伸的通道。可选地，每个柱都包括在顶部和基部之间在纵向方向上延伸的多个支架。可选地，柱可以是大致圆柱形或包括包含块状部分的任何横截面轮廓。可选地，柱在入口和出口之间在轴向方向上是组合式的，以成为骨料块的叠放布置。
[0020]可选地，壳体是可热降解的，从而在初次使用过程中在设备中老化(perish)。可选地，壳体是热稳定的，从而在设备中耐用。优选地，壳体包括以下的一个或组合:钢、不锈钢、金属、金属合金、纸、卡、基于纤维素的材料、基于聚合物的材料、陶瓷、网状物、纱布、多个条带或金属线或穿孔材料。可选地，每个壳体都在顶部和基部之间的方向上轴向地延伸通过每个柱的部分长度或全部长度。可选地，壳体在内腔中大致竖直地延伸。可选地，壳体被至少一个支架和特别地多个支架保持在适当的位置，所述多个支架围绕一群壳体延伸以将壳体相对于彼此锁定到位。可选地，支架包括金属条带或皮带型装置。可选地，壳体在基部和顶部之间大致竖直地延伸。
[0021]优选地，设备包括具有交换器工作流体的热交换器，以使用与建筑骨料接触的流体传递热能，所述热交换器定位在内腔中。可选地，热交换器在内腔中被定向为大致竖直地或大致水平地延伸。
[0022]优选地，设备包括定位在至少一个壁处的绝缘介质以绝热内腔。优选地，至少一个壁包括大致圆柱形的几何形状以将壳体包封在内腔中。
[0023]优选地，建筑骨料在内腔中大致地作为连续质量延伸，并且被壳体隔离。所提及的建筑骨料的‘连续质量’指被布置为触及接触以形成大致实体的石子、巨砾、砾石、碎石和/或砂子的组件。实体(solid mass)可以被包含在每个壳体中或可选地可以被定位成围绕每个壳体并且在限定内腔的至少一个壁之间或在基部和顶部之间延伸。可选地，石子、巨砾、碎石、烁石、砂子、石块或建筑骨料部件接触每个壳体的面向内的表面或面向外的表面。
[0024]可选地，设备可以包括管道，以在建筑骨料和热交换器之间在大致竖直方向上引导内腔中的流体流动路径。可选地，设备包括与入口流体连通的管道或至少一个流体流动导管，以将被加热的流体引导到建筑骨料的相对于内腔的基部和顶部的上部区域、建筑骨料的相对于内腔的基部和顶部的中部区域或建筑骨料的相对于内腔的基部和顶部的下部区域。
[0025]可选地，设备包括定位在至少一个壁处的不同区域处的多个入口和多个出口，以允许流体在相对于至少一个壁和基部以及顶部的不同区域处流进和流出内腔。
[0026]可选地，基部可以从下方被多个支撑柱支撑，该支撑柱被构造成将基部悬挂在下基板或支撑表面上方。可选地，建筑骨料的底部或下区域被支撑在多个支撑柱上，所述支撑柱横向于或垂直于每层的长度延伸。可选地，建筑骨料的底部或下部区域被支撑在适当的绝缘层上，该绝缘层可选地包括相同类型或不同类型的建筑骨料，与石棉或类似的绝热介质组合的建筑