專利名稱：用于加熱和冷卻工作流體的方法、蓄熱器和蓄熱器系統(tǒng)的制作方法
用于加熱和冷卻工作流體的方法、蓄熱器和蓄熱器系統(tǒng)本發(fā)明涉及用于利用至少一種熱化學(xué)的蓄熱器介質(zhì)來加熱和冷卻工作流體的方法、蓄熱器和蓄熱器系統(tǒng)。通常的蓄熱器利用以熱容量大為見長的蓄存介質(zhì)比如水?！懊黠@的”或“可感覺到的”熱量被蓄存起來。使蓄存介質(zhì)在加載與卸載之間的溫度跨度內(nèi)發(fā)生相變，就可以實現(xiàn)較高的能量密度。這種潛熱式蓄存介質(zhì)的優(yōu)點是，蓄存器溫度略微升高，同時吸收大量熱量。然而，對應(yīng)可感覺到的和潛在的蓄熱來說，為了能長時間地蓄存，蓄存器必須絕熱。就熱化學(xué)的蓄存器而言，感覺不到蓄存的熱量。低溫范圍內(nèi)的合適的可逆反應(yīng)尤其是吸收過程，比如工作媒介被固體吸收或吸附。如果這種吸收式蓄存器被加載，具體為，給熱化學(xué)的蓄存器介質(zhì)輸送熱量，就會有可揮發(fā)的物質(zhì)例如水析出。為此例如可以給蓄存器介質(zhì)輸送熱的干燥的氣流，其中，在加載時通過解吸而析出的水被熱的干燥的氣流吸納，并與該氣流一起離開蓄存器。經(jīng)過如此冷卻的、潮濕的氣流往往被排放至外界。為了能在以后的時刻釋放出吸收熱量，給加載的蓄存器介質(zhì)輸送水蒸汽，其中，在水蒸汽積存到吸收材料上時，化合能量以熱量的形式釋放出來。 此外已知熱化學(xué)的蓄存器材料，對此，在給蓄存器材料輸送熱量的情況下，由于發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而釋放出物質(zhì)(加載)。如果該物質(zhì)在以后被輸送給加載的蓄存器材料，則由于反向進行的化學(xué)反應(yīng)而釋放出反應(yīng)熱量(卸載)。例如由現(xiàn)有技術(shù)已知熱化學(xué)的蓄存器材料，對此，在輸送熱量的情況下會出現(xiàn)分解反應(yīng)，并形成至少一種分解產(chǎn)物和(可揮發(fā)的)物質(zhì)。如果以后再次給分解產(chǎn)物輸送物質(zhì)，就會釋放出反應(yīng)熱量。如果利用已知的熱化學(xué)的蓄存器物質(zhì)來加熱和/或冷卻工作流體，其中工作流體流經(jīng)熱化學(xué)的蓄存器介質(zhì)，則在蓄熱器介質(zhì)加載時，釋放出來的物質(zhì)被工作流體吸納，其中，由于在工作流體中積聚和/或存在有所釋放的物質(zhì)而會出現(xiàn)問題。如果例如有水在解吸過程中或者在分解反應(yīng)中釋放出來并被工作流體吸納，工作流體中的水蒸汽濃度就會上升，這會導(dǎo)致在后續(xù)使用工作流體時出現(xiàn)并非所愿的冷凝現(xiàn)象。如果把在加載時釋放出來的物質(zhì)與氣流一起排放到外界，就會造成熱量損失和物質(zhì)損失，致使以后必須再次提供物質(zhì)用來卸載蓄熱器介質(zhì)。最后不利的是，在工作流體流經(jīng)熱化學(xué)的蓄熱器時，會把雜質(zhì)和顆粒引入到蓄熱器介質(zhì)中，這會造成蓄熱器介質(zhì)損毀和/或蓄熱器功率下降。本發(fā)明的目的是，提出一種方法、一種蓄熱器和一種蓄熱器系統(tǒng)，其中并不會出現(xiàn)前述缺點。此外，本發(fā)明的目的是，分別提出開頭部分所述類型的一種方法、一種蓄熱器和一種蓄熱器系統(tǒng)，其能以簡單的方式實現(xiàn)在新的應(yīng)用領(lǐng)域使用，且具有高的蓄熱效率。在開頭部分所述類型的方法中，前述目的的實現(xiàn)方式為，將工作流體引導(dǎo)經(jīng)過至少一個具有蓄熱器介質(zhì)的熱化學(xué)的蓄熱器，將工作流體無接觸地引導(dǎo)至蓄熱器介質(zhì)，在給蓄熱器介質(zhì)加載時，使熱流從工作流體傳遞至蓄熱器介質(zhì)，且有至少一種物質(zhì)由蓄熱器介質(zhì)釋放出來并從蓄熱器排出，在蓄熱器介質(zhì)卸載時，在釋放熱量的情況下把該物質(zhì)輸送給蓄熱器介質(zhì)，或者輸送給蓄熱器介質(zhì)的在蓄熱器介質(zhì)加載時產(chǎn)生的至少一種反應(yīng)產(chǎn)物，并使熱流傳遞至工作流體。相應(yīng)地，本發(fā)明的蓄熱器具有蓄存器區(qū)域和用于工作流體的流經(jīng)區(qū)域，該蓄存器區(qū)域具有至少一種蓄熱器介質(zhì)，其中，流經(jīng)區(qū)域在材料上與蓄存器區(qū)域隔開，使得工作流體在流過時無接觸地引導(dǎo)至蓄熱器介質(zhì)，其中，流經(jīng)區(qū)域與蓄熱器區(qū)域相互連接，從而在蓄熱器介質(zhì)加載和卸載時能在工作流體與蓄熱器介質(zhì)之間進行熱量傳遞。在這里，本發(fā)明基于如下基本構(gòu)思規(guī)定在蓄熱器介質(zhì)加載或卸載時在工作流體與熱化學(xué)的蓄熱器介質(zhì)之間進行間接的熱量傳遞，其中在加載時需要的熱量輸送導(dǎo)致工作流體冷卻，在蓄熱器介質(zhì)卸載時釋放的吸收熱量或反應(yīng)熱量導(dǎo)致工作流體變熱。由于工作流體與蓄熱器介質(zhì)在材料上隔開，所以尤其在蓄熱器介質(zhì)加載時并不會使得由蓄熱器介質(zhì)釋放的物質(zhì)被工作流體吸納，這對其組分必須滿足一定要求的工作流體尤為有利。如果在蓄熱器介質(zhì)加載時例如產(chǎn)生水作為(可揮發(fā)的)物質(zhì)，則按照本發(fā)明的方法，工作流體中的水蒸汽濃度并不會出現(xiàn)上升。這尤其在如下情況下有利在工作流體中加載大量水蒸汽會導(dǎo)致缺點，例如由于在后續(xù)使用工作流體時形成冷凝水。由于工作流體與蓄熱器介質(zhì)在材料上隔開，由此確保不會有干擾的或?qū)π顭崞鞴β视泻Φ奈镔|(zhì)和/或顆粒隨著工作流體進 入到蓄熱器介質(zhì)中。此外，由于工作流體與蓄熱器介質(zhì)之間的隔開，可以調(diào)節(jié)一方面在工作流體的流經(jīng)區(qū)域中另一方面在用于蓄熱器介質(zhì)的蓄存器區(qū)域中的不同的壓力水平，這允許有利地改進本發(fā)明。下面將對此再予以詳述。本發(fā)明的另一方面涉及本發(fā)明的方法、蓄熱器和蓄熱器系統(tǒng)用于加熱或冷卻壓縮空氣蓄能發(fā)電站的壓縮空氣的用途。該方面本身具有創(chuàng)造性意義。就由現(xiàn)有技術(shù)已知的壓縮空氣蓄能發(fā)電站而言，在加載洞穴蓄存器時通過空氣壓縮而產(chǎn)生的熱量被排出，然后在卸載時通過古生化燃料的燃燒又被輸送(透熱式壓縮空氣蓄存)。用來蓄存在壓縮時產(chǎn)生的且為了減壓再次需要的熱量的以前的方案(絕熱式壓縮空氣蓄存)基于使用感應(yīng)式熱量蓄存，特別是利用水泥、陶瓷或類似的耐高溫材料作為蓄熱器介質(zhì)，這比如在EP I 857 614A2中有所記載。由于感應(yīng)式熱量蓄存的特性，需要高溫和/或大的蓄存器體積，這結(jié)合壓縮空氣蓄存的高達80巴的高壓水平會給壓縮器技術(shù)和/或熱量蓄存帶來問題。由于本發(fā)明使用了熱化學(xué)的蓄熱器，故減少了蓄熱器材料的需要量，這在構(gòu)造上導(dǎo)致耐壓要求降低，以及導(dǎo)致熱量蓄存成本降低。本發(fā)明的方案特別是結(jié)合使用在加載時產(chǎn)生水作為可揮發(fā)物質(zhì)的蓄熱器介質(zhì)將有利于加熱和冷卻壓縮空氣蓄能發(fā)電站的壓縮空氣。由于工作流體與蓄熱器介質(zhì)在材料上隔開，故工作流體中的水蒸汽濃度在加載蓄熱器介質(zhì)時保持恒定，其中，在加載時釋放的水例如通過另一種氣流或者以其它方式從蓄熱器的蓄存器區(qū)域中排出。原則上例如也可以從蓄存器區(qū)域中吸出所產(chǎn)生的水蒸汽。如果替代地使用熱化學(xué)的蓄熱器系統(tǒng)，對此，工作流體吸納可揮發(fā)的物質(zhì)(水)，則在蓄存器壁上和在蓄存器(洞穴)中會出現(xiàn)氣態(tài)水的(明顯)冷凝，其中，由蓄能器回路得到冷凝熱量，這降低了熱量蓄存的效率。此外，凝聚在壁上的水導(dǎo)致不可控的堪比于坑底(Sohlung)的溶解過程。坑內(nèi)余留水量持續(xù)增多，進而必須定期抽出。據(jù)本發(fā)明的方法的一種優(yōu)選的實施方式所規(guī)定，把在蓄熱器介質(zhì)加載時釋放出來的從蓄熱器排出的物質(zhì)蓄存起來，且為了卸載蓄熱器介質(zhì)而從蓄存器取出，并被回收給蓄熱器。因而原則上無需為了蓄熱器介質(zhì)的卸載而從外面提供和輸送物質(zhì)，但可以規(guī)定把這種物質(zhì)用來補償在蓄熱器系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的物質(zhì)損失。為了能把在加載蓄熱器介質(zhì)時釋放的物質(zhì)從蓄熱器中排出，和/或為了卸載蓄熱器介質(zhì)而把該物質(zhì)(又)輸送給蓄熱器，可以使用輔助流體尤其是氣流更特別地是空氣流，其中，輔助流體流經(jīng)蓄熱器，進而與蓄熱器介質(zhì)和/或與蓄熱器介質(zhì)的在加載蓄熱器介質(zhì)時形成的反應(yīng)產(chǎn)物接觸。由此便于把物質(zhì)從蓄熱器的蓄存器區(qū)域排出和將物質(zhì)輸送給蓄熱器的蓄存器區(qū)域。相關(guān)地進一步有利的是，使輔助流體在材料上與工作流體的流動路徑隔開的優(yōu)選封閉的回路中引導(dǎo)。由于輔助流體與工作流體之間在材料上隔開，所以能可靠地避免所釋放的物質(zhì)過渡到工作流體中。利用封閉的回路可以實現(xiàn)物質(zhì)回收，其中，在加載蓄熱器介質(zhì)時通過輔助流體輸送的物質(zhì)首先與輔助流體分離，然后可以蓄存起來以便在蓄熱器介質(zhì)卸載時使用。與蓄熱器介質(zhì)的卸載相關(guān)地，于是從物質(zhì)蓄存器得到物質(zhì)，并把該物質(zhì)混入到輔助流體中，該輔助流體用于把物質(zhì)輸送至蓄熱器介質(zhì)或者輸送至蓄熱器介質(zhì)的在加載時形成的反應(yīng)產(chǎn)物。不言而喻，輔助流體優(yōu)選不與所釋放的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，這便于物質(zhì)的分離。在加載蓄熱器介質(zhì)時釋放的物質(zhì)可以通過相變而與輔助流體分離，其中，在這種相變時釋放的能量優(yōu)選至少部分地蓄存起來，且可以在蓄熱器介質(zhì)卸載時用于利用所述物質(zhì)，以便該物質(zhì)再次相變。如果在加載時產(chǎn)生蓄熱器介質(zhì)的水或水蒸汽作為(可揮發(fā)的)物 質(zhì)，則所述水或水蒸汽可以采用簡單的方式通過冷凝從輔助流體中析出。在這種情況下，冷凝熱量可以蓄存在另一蓄熱器中，其中，例如可以設(shè)置潛熱蓄熱器、另一熱化學(xué)的蓄存器，或者也可以設(shè)置感應(yīng)式的蓄熱器。為了卸載蓄熱器介質(zhì)，于是使得冷凝水蒸發(fā)，并又輸送給輔助流體，其中，所蓄存的冷凝熱量用于蒸發(fā)。由于蒸汽狀的水在封閉的回路中在蓄熱器系統(tǒng)的蓄熱器與冷凝器或相變換器之間輸送，所以能避免因水蒸汽排放到外界造成的熱量損失。所釋放的物質(zhì)與輔助流體一起優(yōu)選在封閉的回路中引導(dǎo)。但本發(fā)明當(dāng)然允許為了補償物質(zhì)損失而把物質(zhì)按所需要的量輸送給輔助流體的(封閉的)回路。對輔助流體的回路式引導(dǎo)尤其是當(dāng)本發(fā)明的方法和蓄熱器用于加熱或冷卻壓縮空氣蓄能發(fā)電站的壓縮空氣時有利。因而如果與本發(fā)明的方案相反，在加載蓄熱器介質(zhì)時釋放的水蒸汽被工作流體吸納，則所蓄存的空氣的空氣濕度，在洞穴蓄存器中的水冷凝出來之后，在卸載時往往無法再足以(完全)釋放所蓄存的熱功率。結(jié)果，所蓄存的空氣在進入到蓄熱器中之前為了卸載蓄熱器介質(zhì)而被混有水蒸汽。必須利用熱能才能產(chǎn)生水蒸汽，這降低了蓄熱器的效率。在噴射器把水噴入到蓄熱器中時，還會造成蓄熱器介質(zhì)損毀。這些缺點在按照本發(fā)明提出的對輔助流體的回路式引導(dǎo)中不會出現(xiàn)，其中，有足夠量的可揮發(fā)的物質(zhì)在輔助流體回路中循環(huán)，或者為了卸載蓄熱器介質(zhì)而從回路的蓄存器獲得，并在進入到蓄熱器中之前又輸送給輔助流體。術(shù)語“熱化學(xué)的蓄熱器介質(zhì)”系指一種蓄熱器材料，其通過熱量輸送由于解吸過程和/或至少一種化學(xué)反應(yīng)特別是分解反應(yīng)會釋放水和/或至少一種物質(zhì)。通過解吸過程和/或化學(xué)反應(yīng)吸熱地排出物質(zhì)，這就是本發(fā)明意義下的“蓄熱器介質(zhì)加載”。為了卸載蓄熱器介質(zhì)或者為了釋放吸收熱量和/或反應(yīng)熱量，需要把揮發(fā)的或分離的物質(zhì)再輸送給吸收媒介或者輸送給在化熱反應(yīng)時形成的反應(yīng)產(chǎn)物。吸收媒介可以從一組沸石和/或硅膠中選取。此外可以使用下述蓄熱器介質(zhì)，即就此而言，由于分解反應(yīng)例如金屬氫氧化物特別是氫氧化鈣和/或氫氧化鎂的分解，以及通過金屬氫化物特別是氫化鎂的分解，在加熱時出現(xiàn)熱量釋放。另外，可以進行其它化學(xué)反應(yīng)，且本領(lǐng)域技術(shù)人員知道，在輸送熱能情況下釋放出物質(zhì)(加載)，而在以后卸載時在輸送物質(zhì)的情況下產(chǎn)生吸收熱量和/或反應(yīng)熱量。結(jié)合本發(fā)明特別是應(yīng)使用下述蓄熱器介質(zhì)，即就此而言，在蓄熱器介質(zhì)加載期間由于解吸或者特別是由于分解反應(yīng)而產(chǎn)生作為反應(yīng)產(chǎn)物的水。結(jié)合本發(fā)明特別是已表明，最好能將各種不同的蓄熱器介質(zhì)混合。相關(guān)地可以使用混合蓄存器，其中將沸石用作氧化鎂的承載材料。不言而喻，前述列舉并非窮盡。特別是也可以與在卸載時釋放出反應(yīng)熱量的這種蓄熱器介質(zhì)一起使用其它在卸載期間出現(xiàn)吸收熱量釋放的蓄熱器介質(zhì)。為了在加載蓄熱器介質(zhì)時支持排出可揮發(fā)的物質(zhì)，按照本發(fā)明的另一優(yōu)選的實施方式所規(guī)定，在蓄熱器中或者在用于蓄熱器介質(zhì)的蓄存器區(qū)域中的壓力水平在加載時下降。這樣就能在加載蓄熱器介質(zhì)時促進解吸過程。這同樣適用于在加載蓄熱器介質(zhì)時出現(xiàn)分解反應(yīng)的情況。尤其是相關(guān)地規(guī)定，蓄熱器介質(zhì)區(qū)域中的壓力水平在加載蓄熱器介質(zhì)時相比于外界壓力有所下降。此外可以規(guī)定，在卸載蓄熱器介質(zhì)時提高壓力水平，用于支持順暢的過程或反應(yīng)。優(yōu)選使用在加載時通過解吸或分解反應(yīng)釋放出作為可揮發(fā)物質(zhì)的水的蓄熱器介 質(zhì)，這尤其便于從輔助流體中析出可揮發(fā)的物質(zhì)。在這里，可揮發(fā)的物質(zhì)可以通過冷凝與輔助流體分離，且可以通過蒸發(fā)又輸送給輔助流體。為了促進冷凝，冷凝可以在輔助流體的相比于蓄熱器中(或者用于蓄熱器介質(zhì)的蓄存器區(qū)域中)的壓力水平有所提高的壓力水平上進行，而蒸發(fā)則在輔助流體的相比于蓄熱器中的壓力水平有所減小的壓力水平上進行。按照本發(fā)明的方法的一種特別簡單的實施方式所規(guī)定，輔助流體的流向在蓄熱器介質(zhì)的加載與卸載之間轉(zhuǎn)換時逆反。由此可以一方面在蓄熱器的用于蓄熱器介質(zhì)的蓄存器區(qū)域中，另一方面在置于蓄熱器之后的作為相變換器的冷凝器/蒸發(fā)器中，在設(shè)備代價較小的情況下，調(diào)節(jié)不同的壓力水平。為了確保在加載蓄熱器介質(zhì)時工作流體明顯冷卻，可以規(guī)定在流經(jīng)熱化學(xué)的蓄熱器之前或之后對工作流體進行預(yù)先冷卻或事后冷卻。在蓄熱器介質(zhì)卸載時相應(yīng)地可以規(guī)定對工作流體進行預(yù)先加熱或事后加熱，以便明顯提高工作流體的溫度水平。為此可以在熱化學(xué)的蓄熱器之前或之后至少設(shè)置另一個蓄熱器或傳熱器，優(yōu)選設(shè)置潛熱蓄熱器或感應(yīng)式蓄熱器。不言而喻，在前或在后設(shè)置的蓄熱器或傳熱器在不同于熱化學(xué)蓄熱器的溫度水平上工作。本發(fā)明的前述方面和特征以及本發(fā)明的下面將借助附圖
介紹的方面和特征，可以相互獨立地實現(xiàn)、任意組合地實現(xiàn)，但也可以分別與本發(fā)明的至少一個主權(quán)項的前序部分特征相結(jié)合地實現(xiàn)，盡管其未詳細記載。在這里，所記載的任一特征和方面本身均具有創(chuàng)造性意義。也可以將從屬權(quán)利要求的特征與至少一個主權(quán)項的前序部分特征任意地組合，盡管其未明確提及。本發(fā)明的其它優(yōu)點、特征、特性和方面可由下面借助附圖對優(yōu)選實施方式的說明得到。其中圖I為帶有熱化學(xué)的蓄熱器的本發(fā)明的蓄熱器系統(tǒng)在加載熱化學(xué)的蓄熱器介質(zhì)時的不意圖；和圖2示出圖I中所示的在卸載蓄熱器介質(zhì)時的蓄熱器系統(tǒng)。圖I和2中所示為用于利用至少一種熱化學(xué)的蓄熱器介質(zhì)3來加熱或冷卻工作流體2的蓄熱器系統(tǒng)I。工作流體2是空氣，其用壓縮器4壓縮并作為壓縮空氣蓄存在洞穴5中。壓縮空氣在未詳細示出的壓縮空氣蓄能發(fā)電站中用于蓄存能量。不言而喻，針對蓄熱器系統(tǒng)I的結(jié)構(gòu)和工作方式所做的如下說明并不局限于對用于在壓縮空氣蓄能發(fā)電站中蓄存能量的壓縮空氣進行冷卻或加熱。按照所示實施方式，蓄熱器系統(tǒng)I被設(shè)置用于對通過壓縮而變熱的工作流體2在蓄存于洞穴5中之前進行冷卻，其中，在此要排出的熱能Q應(yīng)蓄存在蓄熱器6中。蓄熱器6具有來自用于工作流體2的流體管路7的暫存器，這些流體管路形成工作流體2的流經(jīng)區(qū)域7a。流體管路7嵌入在作為實際蓄存材料的熱化學(xué)蓄熱器介質(zhì)3中，其中，蓄熱器介質(zhì)3設(shè)置在蓄熱器6的蓄存器區(qū)域6a中。作為蓄熱器介質(zhì)3，可以采用由沸石和氧化鎂構(gòu)成的混合物。不言而喻，原則上也可以采用其它熱化學(xué)的蓄熱器介質(zhì)。蓄熱器6的流經(jīng)區(qū)域7a在材料上與蓄存器區(qū)域6a隔開，使得工作流體2與蓄熱器介質(zhì)3無法混合。另外，流經(jīng)區(qū)域7a與蓄存器區(qū)域6a相互連接，使得在加載和卸載蓄熱器介質(zhì)3時能在工作流體2與蓄熱器介質(zhì)3之間進行熱傳遞。就此而言，蓄熱器6具有蓄存器區(qū)域6a，蓄熱器介質(zhì)3容納在該蓄存器區(qū)域中。蓄存器區(qū)域6a具有用于輔助流體8的未示出的輸入管道和輸出管道，其中輔助流體8可流經(jīng)蓄存器區(qū)域6a。輔助流體8穿過蓄熱器介質(zhì)3，或者沿著蓄熱器介質(zhì)3經(jīng)過，使得工作流體2在流經(jīng)蓄熱器6時無接觸地引導(dǎo)·至蓄熱器介質(zhì)3，而輔助流體8在流經(jīng)蓄熱器6時與蓄熱器介質(zhì)3接觸。蓄熱器系統(tǒng)I因而被構(gòu)造用于在輔助流體8與工作流體2之間進行間接的熱傳遞。輔助流體8在封閉的回路9中引導(dǎo)。在此，輔助流體8在該回路9中首先流經(jīng)穿過蓄熱器6的蓄熱器介質(zhì)3的流動路徑，然后經(jīng)由壓縮器10沿著相應(yīng)管道輸送給相變換器
11。在相變換器11與蓄熱器6之間的管道上設(shè)置有減壓器12。另外，蓄熱器系統(tǒng)I具有用于冷凝水的貯水池13或蓄存容器。最后設(shè)置有另一蓄熱器14，該蓄熱器可以是潛熱蓄熱器，或者也可以是熱化學(xué)的或感應(yīng)式的蓄熱器?；芈?與蓄熱器6、壓縮器10、相變換器11和貯水池13以及減壓器12形成一個用于輔助流體8的封閉的系統(tǒng)。并非規(guī)定在輔助流體8與工作流體2之間進行材料交換。此外優(yōu)選也未規(guī)定在輔助流體8與外界之間進行材料交換。但原則上也可以規(guī)定從外界或外部蓄存器向回路9中輸入水，以便補償水損失。下面介紹所示蓄熱器系統(tǒng)I的工作方式。工作流體2與輔助流體8同時流經(jīng)蓄熱器6。由于在輔助流體8與通過壓縮而變熱的工作流體2之間有溫差，熱流Q從工作流體2經(jīng)由流體管路7傳遞至蓄熱器介質(zhì)3。這導(dǎo)致給蓄熱器介質(zhì)3加載，如圖I中所示。在給蓄熱器介質(zhì)3加載時，工作流體2的熱量用于把至少一種可揮發(fā)的物質(zhì)15從蓄熱器介質(zhì)3吸熱地排出，在這種情況下，可揮發(fā)的物質(zhì)15被流經(jīng)蓄熱器介質(zhì)3的輔助流體8吸納，并與輔助流體8—起從蓄熱器6中輸出。這在圖I中示意性地示出?？蓳]發(fā)的物質(zhì)15在所示實施例中是水。在加載時，蓄存器區(qū)域6a中的壓力水平由于蓄熱器介質(zhì)3而下降，其中利用壓縮器10將輔助流體8與可揮發(fā)的物質(zhì)15 —起從蓄熱器6中吸出。由于蓄熱器6中的水蒸汽局部壓力在蓄熱器介質(zhì)3的一側(cè)改變，可揮發(fā)的物質(zhì)15出現(xiàn)迅速蒸發(fā)。輔助流體8與蒸汽狀的物質(zhì)15 —起經(jīng)由壓縮器10被引導(dǎo)至相變換器11，該相變換器按照冷凝器運行方式工作。通過壓縮器10的抽吸式運行，同時提高了相變換器11中的輔助流體8的壓力水平。此夕卜，對物質(zhì)15進行輸送的輔助流體8出現(xiàn)溫度升高。在冷凝器11中，物質(zhì)15隨后通過冷凝與輔助流體8分離，其中在輔助流體8的相比于蓄熱器介質(zhì)3側(cè)的蓄熱器6中的壓力水平有所提高的壓力水平上進行所述冷凝。在冷凝時產(chǎn)生的水蓄存在貯水池13中。在相變換器11中的輔助流體8冷卻時釋放的熱能Q蓄存在蓄熱器14中。結(jié)果，輔助流體8在高溫水平上離開蓄熱器6，且是水蒸汽飽和的。通過接下來的壓縮，能量進一步輸入到輔助流體中，這導(dǎo)致溫度進一步提高。冷卻了的輔助流體8離開相變換器11，且含有少量水蒸汽。通過減壓閥12使得輔助流體8減壓，進而在返回到蓄熱器6中之前進一步降低溫度。于是經(jīng)由通至蓄熱器介質(zhì)3的輸入管道，輔助流體8可供再次吸納可揮發(fā)的物質(zhì)15之用。為了進一步降低待冷卻的工作流體2的溫度，在需要情況下可以在蓄熱器6之前或之后至少連接另一蓄熱器16。該蓄存器16于是在不同于作為主要蓄熱器的蓄熱器6的溫度水平上工作。另一蓄熱器16優(yōu)選可以是潛熱蓄熱器或感應(yīng)式蓄熱器。另外，原則上也可以把另一蓄熱器16設(shè)計成熱化學(xué)的蓄熱器，其中可以采用與蓄熱器6中不同的蓄熱器介質(zhì)。
此外，可以利用干燥的冷卻了的輔助氣體8來預(yù)先冷卻工作流體2，這在圖I中用虛線17示意性地示出?，F(xiàn)在圖2中示意性地示出了蓄熱器介質(zhì)3的卸載情況。待減壓且待加熱的工作流體2從洞穴5經(jīng)過蓄熱器6的流體管路7。在這里，壓縮器10按照壓縮運行方式工作，其中一方面在相變換器11中另一方面在蓄熱器6中出現(xiàn)局部壓力變化。蓄存在蓄熱器14中的冷凝能量Q與相變換器11中的壓力減小共同地導(dǎo)致從貯水池13得到的水作為可揮發(fā)的物質(zhì)15蒸發(fā)。所產(chǎn)生的水蒸汽借助輔助流體8被壓縮器10壓縮，并在壓力下輸送給蓄熱器介質(zhì)3。在向工作流體2傳遞熱量的情況下，可揮發(fā)的物質(zhì)15與蓄熱器介質(zhì)3放熱地結(jié)合。因而在蓄熱器介質(zhì)3卸載時，由于吸收過程和形成氫氧化鎂，釋放出傳遞至工作流體2的吸收熱量和反應(yīng)熱量。熱流Q的傳遞導(dǎo)致工作流體2在流經(jīng)蓄熱器6時出現(xiàn)溫度升高。在可揮發(fā)的物質(zhì)15從輔助氣體8分離出來之后，干燥且炙熱或溫?zé)岬脑撐镔|(zhì)到達減壓器12、減壓進而冷卻。相變換器11現(xiàn)在按照蒸發(fā)器運行方式工作，水蒸汽在該相變換器中再次被吸納，直至蓄熱器介質(zhì)3徹底卸載，或者水停止吸附在蓄熱器介質(zhì)3上，和/或形成氫氧化鎂的反應(yīng)停止。為了明顯地降低工作流體2的溫度，在需要情況下也可以在作為蓄熱器系統(tǒng)I的主要蓄熱器的蓄熱器6之前和/或之后連接另一蓄熱器16，該另一蓄熱器可以是熱化學(xué)蓄熱器、潛熱蓄熱器或感應(yīng)式蓄熱器。另一蓄熱器16于是相應(yīng)地在不同于蓄熱器6的溫度水平上工作。如圖2中所示，必要時可以規(guī)定利用干燥且溫?zé)岬妮o助氣體8對工作流體2在流入到蓄熱器6中之前進行預(yù)加熱，這在圖2中用虛線18示意性地示出。蓄熱器系統(tǒng)I能實現(xiàn)對在蓄熱器介質(zhì)3卸載時釋放的熱能Q幾乎無損失地進行蓄存，并在時間上錯開地再次加以利用。蓄熱器系統(tǒng)I的用于熱能Q的蓄存功率可根據(jù)需要來調(diào)整，從而也可應(yīng)用于遠程熱量利用領(lǐng)域，和/或應(yīng)用于壓縮空氣蓄能發(fā)電站。相應(yīng)地選擇蓄熱器介質(zhì)3，就可以調(diào)節(jié)蓄存器容量和可用的溫度范圍。利用輔助流體8來輸送可揮發(fā)的物質(zhì)15，由此避免可揮發(fā)的物質(zhì)15富集在工作流體2中。此外，通過工作流體2與蓄熱器介質(zhì)3的分離，也不會因工作流體2中的干擾物質(zhì)而對蓄熱器介質(zhì)3的蓄存能力造成干擾或影響。使輔助流體8在封閉的回路中引導(dǎo)，這樣可以幾乎完全避免在可揮發(fā)的物質(zhì)15從輔助流體8中冷凝出來時出現(xiàn)熱量Q的損失，其中冷凝熱量Q被暫存在蓄熱器14中，且可以再次用于使可揮發(fā)的物質(zhì)15以后蒸發(fā) 。這有助于提高利用所述蓄熱器系統(tǒng)I進行蓄熱的整體效率。
權(quán)利要求
1.用于利用至少一種熱化學(xué)的蓄熱器介質(zhì)(3)來加熱和冷卻工作流體(2)的方法，其中，將工作流體(2)引導(dǎo)經(jīng)過至少一個具有蓄熱器介質(zhì)(3)的熱化學(xué)的蓄熱器￠)，其中，將工作流體(2)無接觸地引導(dǎo)至蓄熱器介質(zhì)(3)，其中，在給蓄熱器介質(zhì)(3)加載時，使熱流(Q)從工作流體(2)傳遞至蓄熱器介質(zhì)(3)，且有至少一種物質(zhì)(15)由蓄熱器介質(zhì)(3)釋放出來并從蓄熱器(6)排出，其中，在蓄熱器介質(zhì)(3)卸載時，在釋放熱量的情況下把該物質(zhì)(15)輸送給蓄熱器介質(zhì)(3)，或者輸送給蓄熱器介質(zhì)(3)的在蓄熱器介質(zhì)(3)加載時產(chǎn)生的至少一種反應(yīng)產(chǎn)物，并使熱流(Q)傳遞至工作流體(2)。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，把在蓄熱器介質(zhì)(3)加載時從蓄熱器(6)排出的物質(zhì)(15)蓄存起來，且為了卸載蓄熱器介質(zhì)(3)而回收給蓄熱器(6)。
3.如權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在于，為了把所述物質(zhì)(15)從蓄熱器(6)中輸出和/或輸送給蓄熱器￠)，使用一種輔助流體(8)，其中，所述輔助流體(8)流經(jīng)蓄熱器(6)，進而與蓄熱器介質(zhì)(3)和/或與蓄熱器介質(zhì)(3)的反應(yīng)產(chǎn)物接觸。
4.如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，使輔助流體(8)在一回路(9)中引導(dǎo)，該回路在材料上與工作流體(2)的流動路徑隔開且優(yōu)選封閉，其中，在加載蓄熱器介質(zhì)⑶時通過輔助流體⑶輸送的物質(zhì)(15)與輔助流體⑶分離，并蓄存起來以便在蓄熱器介質(zhì)(3)卸載時使用。
5.如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在加載蓄熱器介質(zhì)(3)時釋放的物質(zhì)(15)通過相變而與輔助流體(8)分離，在這種相變時釋放的熱能(Q)優(yōu)選至少部分地蓄存起來，且在蓄熱器介質(zhì)(3)卸載時用于利用所述物質(zhì)(15)，以便該物質(zhì)(15)再次相變。
6.如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，蓄熱器介質(zhì)(3)的加載在較小的壓力水平上進行，而蓄熱器介質(zhì)(3)的卸載在較高的壓力水平上進行。
7.如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，輔助流體(8)的流向在蓄熱器介質(zhì)(3)的加載與蓄熱器介質(zhì)(3)的卸載之間轉(zhuǎn)換時逆反。安撫
8.一種蓄熱器(6)，其被構(gòu)造用于實施根據(jù)前述權(quán)利要求I至7中任一項的方法，具有蓄存器區(qū)域^a)和用于工作流體(2)的流經(jīng)區(qū)域(7a)，該蓄存器區(qū)域具有至少一種蓄熱器介質(zhì)(3)，其中，流經(jīng)區(qū)域(7a)在材料上與蓄存器區(qū)域^a)隔開，使得工作流體(2)在流過時無接觸地引導(dǎo)至蓄熱器介質(zhì)(3)，其中，流經(jīng)區(qū)域(7a)與蓄熱器區(qū)域^a)相互連接，從而在蓄熱器介質(zhì)(3)加載和卸載時可以在工作流體(2)與蓄熱器介質(zhì)(3)之間進行熱量傳遞。
9.如權(quán)利要求8所述的蓄熱器，其特征在于，蓄存器區(qū)域(6a)具有用于輔助流體(8)的輸入管道和輸出管道，其中輔助流體(8)可流經(jīng)蓄存器區(qū)域(6a)。
10.一種蓄熱器系統(tǒng)(I)，其被構(gòu)造用于實施根據(jù)前述權(quán)利要求I至7中任一項的方法，具有根據(jù)前述權(quán)利要求8或9中任一項的蓄熱器￠)、壓縮器(10)、相變換器(11)和優(yōu)選的減壓器(12)，其中，蓄熱器￠)、壓縮器(10)、相變換器(11)和優(yōu)選的減壓器(12)通過用于輔助流體(8)的封閉的回路管道相互連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于利用至少一種熱化學(xué)的蓄熱器介質(zhì)(3)來加熱和冷卻工作流體(2)的方法，其中，將工作流體(2)引導(dǎo)經(jīng)過至少一個具有蓄熱器介質(zhì)(3)的熱化學(xué)的蓄熱器(6)，其中，將工作流體(2)無接觸地引導(dǎo)至蓄熱器介質(zhì)(3)，其中，在給蓄熱器介質(zhì)(3)加載時，使熱流(Q)從工作流體(2)傳遞至蓄熱器介質(zhì)(3)，且有至少一種物質(zhì)(15)由蓄熱器介質(zhì)(3)釋放出來并從蓄熱器(6)排出，其中，在蓄熱器介質(zhì)(3)卸載時，在釋放熱量的情況下把該物質(zhì)(15)輸送給蓄熱器介質(zhì)(3)，或者輸送給蓄熱器介質(zhì)(3)的在蓄熱器介質(zhì)(3)加載時產(chǎn)生的至少一種反應(yīng)產(chǎn)物，并使熱流(Q)傳遞至工作流體(2)。
文檔編號F28D20/00GK102893116SQ201180009763
公開日2013年1月23日 申請日期2011年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月15日
發(fā)明者W·魯克, O·奧佩爾 申請人:呂訥堡洛法納大學(xué)