專利名稱：儲熱和釋熱設(shè)備的容器、儲熱和釋熱組件和能量生產(chǎn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文公開的主題的實(shí)施例大體涉及存儲熱和釋放預(yù)先存儲的熱，并且更具體而言，涉及儲熱和釋熱設(shè)備的容器，并且特別應(yīng)用于能量生產(chǎn)的領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在一天、一周、一月或一年的期間，對能量——具體而言電能——的需求時(shí)常有相當(dāng)大的改變，而能量生產(chǎn)裝置通常較恒定地或者無論如何與需求不同地產(chǎn)生能量，具體而言電能；其生產(chǎn)可能不容易適應(yīng)需求的能量生產(chǎn)裝置的實(shí)例為風(fēng)能裝置和太陽能裝置。因此，存在在低需求的時(shí)期期間存儲能量以及在高需求的時(shí)期期間釋放能量的已知手段。用于這個(gè)目的的技術(shù)以壓縮空氣為基礎(chǔ)，并且包括將壓縮空氣存儲在挖掘的或天然的洞穴中；過剩的能量被用來運(yùn)行壓縮機(jī)，壓縮機(jī)壓縮空氣，并且在低需求的時(shí)期期間將壓縮空氣發(fā)送到洞穴；在高需求的時(shí)期期間，洞穴中的壓縮空氣被用來驅(qū)動膨脹器來運(yùn)行，例如發(fā)電裝備。在壓縮期間，空氣顯著地變熱(它可達(dá)到數(shù)百攝氏度)；因此，在過去，已經(jīng)設(shè)想，根據(jù)改進(jìn)的技術(shù)，在低溫下將壓縮空氣存儲在洞穴中之前，存儲壓縮空氣的熱；當(dāng)需要用洞穴中的壓縮空氣來產(chǎn)生能量吋，在把壓縮空氣提供給膨脹器之前，使用存儲的熱加熱來自洞穴的壓縮空氣；為此，已經(jīng)設(shè)計(jì)和使用了儲熱和釋熱設(shè)備。照這樣，提高了存儲和釋放過程的總效率。已知的儲熱和釋熱設(shè)備采取由鋼筋混凝土制成的空心塔的形式；它們具有若干米(例如50m)的高度，若干米(例如20m)的直徑和幾米(例如3m)的壁厚度。天然洞穴、挖掘的洞穴和這樣的已知的儲熱和釋熱設(shè)備會遭受緊密性的問題。另夕卜，它們的壁會經(jīng)歷由于注入的空氣的高壓(例如50巴)和/或高溫(例如500°C)而引起的脆化，通常存在的潮濕狀況會使情形更糟糕。最后，混凝土壁是笨重的，而且在高溫空氣被注入到設(shè)備中時(shí)需要通過例如在壁的附近或內(nèi)部的強(qiáng)制水循環(huán)來冷卻混凝土壁。因此，設(shè)計(jì)和提供ー種克服現(xiàn)有技術(shù)的前述缺點(diǎn)的儲能和釋能技術(shù)將是合乎需要的。

發(fā)明內(nèi)容
本文公開的主題的實(shí)施例提供了ー種儲熱和釋熱設(shè)備的、具有由制成金屬材料的殼體的容器。該設(shè)備可流體地聯(lián)接到用于存儲和釋放高壓氣體的室上。殼體構(gòu)造成在內(nèi)部容納儲熱和釋熱裝置，并且導(dǎo)引高壓氣體流通過這個(gè)裝置。因此，相對于現(xiàn)有技術(shù)，該構(gòu)造有了很大的改進(jìn)，同時(shí)緊密性和抵抗力高。通過至少在熱氣流動處為殼體提供由絕熱材料制成的內(nèi)部襯套，在較高的溫度下安全地運(yùn)行是可行的；另外，如果需要，對金屬殼體的壁選擇較小的厚度是可行的。根據(jù)ー個(gè)示例性實(shí)施例，一種儲熱和釋熱設(shè)備的容器設(shè)有由金屬材料制成的殼體，其具有帶有第一端部區(qū)域和在第一端部區(qū)域的遠(yuǎn)處的第二端部區(qū)域的伸長形狀，以及限定用于容納儲熱和釋熱裝置以及導(dǎo)引氣體流的腔體的內(nèi)表面；通過殼體的用于處于高溫和高壓的氣體流的第一開ロ，其位于第一端部區(qū)域中；通過殼體的用于處于低溫和高壓的氣體流的第二開ロ，其位于第二端部區(qū)域中；以及在內(nèi)表面附近且僅部分地覆蓋內(nèi)表面的、由絕熱材料制成的襯套，襯套至少位于第一端部區(qū)域中。根據(jù)另ー個(gè)示例性實(shí)施例，在一種儲熱和釋熱組件中，存在至少第一儲熱和釋熱設(shè)備。該第一儲熱和釋熱設(shè)備包括具有腔體的容器和位于該腔體的內(nèi)部的儲熱和釋熱裝置。該容器設(shè)有由金屬材料制成的殼體，其具有帶有第一端部區(qū)域和在第一端部區(qū)域的遠(yuǎn)處的第二端部區(qū)域的伸長形狀，以及限定用于容納儲熱和釋熱裝置以及導(dǎo)引氣體流的腔體的內(nèi)表面；通過殼體的用于處于高溫和高壓的氣體流的第一開ロ，其位于第一端部區(qū)域中；通過殼體的用于處于低溫和高壓的氣體流的第二開ロ，其位于第二端部區(qū)域中；以及在內(nèi)表面附近且僅部分地覆蓋內(nèi)表面的、由絕熱材料制成的襯套，襯套至少位于第一端部區(qū)域中。
根據(jù)又ー個(gè)示例性實(shí)施例，ー種能量生產(chǎn)裝置包含聯(lián)接到發(fā)動機(jī)上的壓縮機(jī)，其具有用于低壓低溫氣體流的入口和用于高壓高溫氣體流的出ロ ；聯(lián)接到能量發(fā)生器上的膨脹器，其具有用于高壓高溫氣體流的入口和用于低壓低溫氣體流的出口 ；用于存儲處于高壓的氣體的儲氣室，其具有開ロ ；以及至少ー個(gè)儲熱和釋熱設(shè)備。該儲熱和釋熱設(shè)備包括具有腔體的容器和位于該腔體的內(nèi)部的儲熱和釋熱裝置。該容器設(shè)有由金屬材料制成的殼體，其具有帶有第一端部區(qū)域和在第一端部區(qū)域的遠(yuǎn)處的第二端部區(qū)域的伸長形狀，以及限定用于容納儲熱和釋熱裝置以及導(dǎo)引氣體流的腔體的內(nèi)表面；通過殼體的用于處于高溫和高壓的氣體流的第一開ロ，其位于第一端部區(qū)域中；通過殼體的用于處于低溫和高壓的氣體流的第二開ロ，其位于第二端部區(qū)域中；以及在內(nèi)表面附近且僅部分地覆蓋內(nèi)表面的、由絕熱材料制成的襯套，襯套至少位于第一端部區(qū)域中。第一開ロ選擇性地流體地連接到壓縮機(jī)的出口和膨脹器的入口上，而第二開ロ以可控的方式流體地連接到儲氣室的開ロ上。


附圖示出了示例性實(shí)施例，其中圖I顯示了根據(jù)ー個(gè)示例性實(shí)施例的儲熱和釋熱設(shè)備的容器；圖2顯示了圖I的容器的殼體；圖3顯示了根據(jù)ー個(gè)示例性實(shí)施例的儲熱和釋熱組件；以及圖4顯示了根據(jù)ー個(gè)示例性實(shí)施例的能量生產(chǎn)裝置的儲能和釋能系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式示例性實(shí)施例的以下詳細(xì)描述參照了附圖。不同的圖中的相同參考標(biāo)號標(biāo)識相同或相似的元件。另外，附圖未必是按比例是繪制的。而且，以下詳細(xì)描述不限制本發(fā)明。相反，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求限定。貫穿說明書，對“一個(gè)實(shí)施例”或“實(shí)施例”的參照指的是，關(guān)于實(shí)施例而描述的特定的特征、結(jié)構(gòu)或特性包括在本文公開的主題的至少ー個(gè)實(shí)施例中。因而，貫穿說明書，在各處出現(xiàn)的短語“在一個(gè)實(shí)施例”或“在實(shí)施例中”未必是指同一實(shí)施例。另外，特定的特征、結(jié)構(gòu)或特性可按任何適當(dāng)?shù)姆绞浇M合在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中。圖I的實(shí)施例是儲熱和釋熱設(shè)備的容器I。要注意，圖I顯示了(示意性橫截面圖)具有其所有構(gòu)件的容器，而圖2則僅顯示了(示意性橫截面圖)圖I的容器的殼體。容器I包括由金屬材料制成的、具有限定腔體20的內(nèi)表面的殼體2，以及通過殼體2的第一開ロ 3和通過殼體2的第二開ロ 4，使得腔體20可被布置成與其它裝置流體連通。殼體2具有帶有第一端部區(qū)域23和在第一端部區(qū)域23的遠(yuǎn)處的第二端部區(qū)域24的伸長形狀；第ー開ロ 3位于第一端部區(qū)域23上，而第二開ロ 4位于第二端部區(qū)域24中。殼體2構(gòu)造成容納儲熱和釋熱裝置7，以及導(dǎo)引氣體流；氣體可流自第一開ロ 3，在腔體20的內(nèi)部通過儲熱和釋熱裝置7，到達(dá)第二開ロ 4一一在這種情況下，開ロ 3充當(dāng)入口，而開ロ 4則充當(dāng)出口 ；備選地，氣體可流自第二開ロ 4，在腔體20的內(nèi)部通過儲熱和釋熱裝置7，到達(dá)第一開ロ 3——在這種情況下，開ロ 3充當(dāng)出口，而開ロ 4則充當(dāng)入口。開ロ 3適合用于處于高溫(例如幾百攝氏度)和處于高壓(例如幾十巴)的氣體，而開ロ 4則適合用于處于低溫(例如幾十?dāng)z氏度)和處于高壓(例如幾十巴)的氣體；跨過容器(以及通過儲熱和 釋熱裝置)的流會導(dǎo)致有例如幾巴的壓降。雖然原則上任何氣體可在容器的內(nèi)部流動，但是，期望的是，容器將用于容易獲得(因此廉價(jià))且安全的標(biāo)準(zhǔn)空氣。有利地，儲熱和釋熱裝置7可采取由具有高的比熱容量的材料制成的且被置于彼此上的多個(gè)磚塊的形式；在這種情況下，為了允許氣體流過裝置，磚塊可具有通孔，以及/或者可彼此之間間隔開。儲熱和釋熱裝置的目的在于在其接觸熱的氣體流時(shí)存儲熱，以及在其接觸冷的氣體流時(shí)釋熱；另外，裝置(以及它的磚塊，如果提供了的話)還趨向于保持其溫度及其熱，因?yàn)槿萜鞯牟牧虾腿萜髦械牟牧系膶?dǎo)熱性低(參見例如元件6和9)。圖I的實(shí)施例的容器I的殼體2 (也參見圖2)具有基本圓柱形的形狀；它的長度可為幾十米(例如30m-90m);它的直徑可為若干米(例如5m_10m)。殼體2布置在水平位置上，使其可較容易地安裝，而不會有任何熱力學(xué)或流體力學(xué)缺點(diǎn)；由于其水平位置，殼體可較好地經(jīng)受住強(qiáng)風(fēng)和地震；殼體2由特別是U形的支承元件5支承，尤其是四個(gè)支承元件5A、5B、5C、5D。根據(jù)圖I的實(shí)施例(也參見圖2)，例如借助于焊接，殼體2由一系列連結(jié)在一起的部件制成；殼體2設(shè)有兩個(gè)端部區(qū)段加上許多圓柱形區(qū)段和按順序布置的過渡區(qū)段；更具體而言，存在第一端部區(qū)段25、第一圓柱形區(qū)段26A、第一過渡區(qū)段27A、第二圓柱形區(qū)段26B、第二過渡區(qū)段27B、第三圓柱形區(qū)段26C和第二端部區(qū)段28 ;端部區(qū)段25和28是穹頂形狀；過渡區(qū)段27A和27B具有截頂錐的形狀；這些區(qū)段中的各個(gè)可由連結(jié)在一起的一個(gè)或多個(gè)部件產(chǎn)生。殼體2的厚度是基本恒定的(在這個(gè)具體實(shí)施例中，存在大約10%的厚度差異)，并且可為幾厘米，例如7cm-15cm。簡單構(gòu)造區(qū)段的這種模塊化結(jié)構(gòu)使殼體易于制造和構(gòu)造。如從圖中看出的那樣，殼體的縱向橫截面是階梯狀的(確切地說，立管是傾斜的，而非豎直的)，這主要是由于制造和構(gòu)造的原因。備選地，即使較復(fù)雜和昂貴，具有漸變的形狀(例如圓錐形)也是可行的。只是為了完整的原因，提供了在一個(gè)實(shí)施例中使用的殼體的一組實(shí)際大小區(qū)段25具有大約7. 4m的內(nèi)徑，區(qū)段26A具有大約6. Om的長度，區(qū)段27A具有大約I. 5m的長度和大約7. 4m的初始內(nèi)徑以及大約7. 2m的最終內(nèi)徑，區(qū)段26B具有大約9. Om的長度，區(qū)段27B具有大約I. 5m的長度和大約7. 2m的初始內(nèi)徑以及大約7. Om的最終內(nèi)徑，區(qū)段26C具有大約32. Om的長度，區(qū)段28具有大約7. Om的內(nèi)徑；區(qū)段25的厚度為大約5. 5cm,區(qū)段26A的厚度為大約10cm，區(qū)段27A的厚度為大約10cm，區(qū)段26B的厚度為大約9. 8cm,區(qū)段27B的厚度為大約9. 8cm,區(qū)段26C的厚度在開始時(shí)為大約9. 4cm,而在最后為大約9. Icm,區(qū)段28的厚度為大約5. Ocm ;因此，端部區(qū)段的厚度是基本相等的，而且由于它們的大致球形的形狀的原因，端部區(qū)段的厚度顯著地小于(大約50%)其它區(qū)段的厚度。除了殼體2，容器I還包括由絕熱材料制成的襯套6。如可在圖I中清楚地看到的那樣，這個(gè)實(shí)施例的襯套在殼體2的內(nèi)表面附近，并且僅部分地覆蓋該內(nèi)表面。因?yàn)橐r套的目的是使殼體與熱的氣體絕熱開，或者換句話說，降低殼體所暴露的溫度，所以襯套至少位于第一端部區(qū)域23中，即在第一開ロ 3所處的地方。在圖I的具體實(shí)施例中，襯套位于第一端部區(qū)段25、第一圓柱形區(qū)段26A、第一過渡區(qū)段27A、第二圓柱形區(qū)段26B、第二過渡區(qū) 段27B的內(nèi)部。襯套6的絕熱材料是能夠良好地經(jīng)受住氣體的高溫的耐火材料，例如包含鋁硅酸鹽的漿料。在正常運(yùn)行期間，在腔體20的內(nèi)部的氣體的溫度會從第一端部區(qū)域23中的高溫(例如500°C -700°C )變成第二端部區(qū)域中的低溫(例如50°C -80°C )。由于襯套6的原因，金屬殼體2的溫度可限制于所述高溫之下(限制于例如300°C -450°C )。因此，殼體的大小和材料的設(shè)計(jì)變得不那么困難；例如，可使用簡單的碳鋼，而非昂貴的合金；另外，可避免通過強(qiáng)制水循環(huán)來冷卻容器，而且還可避免潮濕狀況以及對應(yīng)的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。襯套可具有非恒定的厚度，在圖I的實(shí)施例中就是這樣。具體而言，襯套6的厚度會沿著殼體2從第一開ロ 3開始向前(即朝第二開ロ 4)減?。凰诰嗟谝婚_ロ 3的一定距離處停止，尤其是在區(qū)段27B的端部處。在圖I的實(shí)施例中，厚度會逐步改變，這主要是由于制造和構(gòu)造的原因。備選地，即使較復(fù)雜和昂貴，具有漸進(jìn)的變化也是可行的；要考慮到襯套的厚度可取決于殼體的形狀。襯套的厚度可經(jīng)選擇，以便使殼體在運(yùn)行期間保持基本均勻的溫度。殼體的溫度可有利地設(shè)定成相當(dāng)高(例如400°C -500°C )。關(guān)于殼體2的、襯套6所處的那部分，即區(qū)段25、26A、27A、26B、27B，圖I的實(shí)施例就是這樣；然后，殼體2的溫度類似于氣體的溫度那樣減小；襯套的局部厚度與氣體的局部溫度有關(guān)。在圖I的實(shí)施例中，襯套大小設(shè)置成和在殼體上布置成限定空間21，空間21的橫向橫截面是基本恒定的(具體而言是圓形的)；根據(jù)上面提到的實(shí)施例，空間21具有大約7m的恒定的直徑；照這樣，氣體流是規(guī)則和均勻的；根據(jù)上面提到的實(shí)施例，在區(qū)段25和26A上的襯套6的厚度為大約25cm，而在區(qū)段26B上的襯套6的厚度為大約17cm。襯套會經(jīng)受高壓和高溫氣體流的作用；為了保護(hù)襯套，尤其是在襯套由易碎材料制成的時(shí)候，用薄的(例如4mm-6mm)保護(hù)材料層覆蓋襯套是有利的；這個(gè)層在圖I中標(biāo)示為8 ;有利地，保護(hù)材料是不銹鋼。可借助于在襯套6上鋪開和敷設(shè)的金屬帶(例如厚和10cm-20cm寬)來實(shí)現(xiàn)層8 ;然后，將鋪開的帶固定到殼體2上，例如，通過將帶焊接到從殼體的內(nèi)表面延伸的元件(未顯示)上。
存在許多將絕熱材料施用到殼體的內(nèi)表面上的方式；總之，最有效的方式是對其進(jìn)行鑄造。為了獲得穩(wěn)固地錨定到殼體上的襯套，有利的是對殼體(圖I和圖2中的2)提供從內(nèi)表面延伸向腔體的凸出部(圖I和圖2中的22);這些凸出部可采取焊接到殼體的內(nèi)表面上的銷子或夾子的形式。如已經(jīng)說過的那樣，容器的殼體的運(yùn)行溫度相當(dāng)高(例如400°C -500°C )是有利的；因此，殼體應(yīng)當(dāng)在外部被絕熱材料層(圖I中的9)包圍，以至少在沒有氣體流過殼體時(shí)，減小(理想地避免)殼體的熱損失，并且因此減小売體的內(nèi)部的儲熱和釋熱裝置的熱損失；也可提供這個(gè)層作為例如維護(hù)人員的安全措施。當(dāng)殼體設(shè)有外部絕熱材料層時(shí)，容器可認(rèn)為是“隔熱”的；這是優(yōu)選情形。本文限定的且被顯示為圖I中的可行實(shí)施例的容器(圖I中的2)和位于容器的腔體的內(nèi)部的儲熱和釋熱裝置(圖I中的7)的組合提供了儲熱和釋熱設(shè)備。儲熱和釋熱裝置的目的在于在其接觸熱的氣體流時(shí)存儲熱以及在其接觸冷的氣 體流時(shí)釋放熱；另外，裝置還趨向于保持其溫度及其熱，因?yàn)槿萜鞯牟牧虾腿萜髦械牟牧系膶?dǎo)熱性低。要注意，取決于具體應(yīng)用，容器的各部分可在例如尺寸、材料、布置方面改變，而且容器的運(yùn)行參數(shù)(例如溫度和壓カ)也可改變。圖3顯示了(示意性俯視圖)儲熱和釋熱組件200的一個(gè)實(shí)施例；這個(gè)實(shí)施例包括三個(gè)儲熱和釋熱設(shè)備210、220、230 ;總之，備選地，可提供不同的數(shù)量，最少ー個(gè)。在這個(gè)具體且有利的實(shí)施例中，設(shè)備全部與圖I的設(shè)備的相同；總之，備選地，可組合不同的設(shè)備。設(shè)備210、220、230中的各個(gè)均具有第ー開ロ211、221、231(對應(yīng)于容器的相應(yīng)的第ー開ロ)和第二開ロ 212、222、232(對應(yīng)于容器的相應(yīng)的第二開ロ)；第ー開ロ 211、221、231連接到管道240上；第ニ開ロ 212、222、232連接到管道250上；管道240、管道250和可能的其它管道組成組件的管道系統(tǒng)。在開口和管道之間，有利地提供波紋管裝置，以補(bǔ)償由于非常熱的氣體流而引起的設(shè)備中的長的金屬殼體的膨脹/收縮；在圖3的實(shí)施例中，提供六個(gè)波紋管裝置213、214、223、224、233、234。管道240構(gòu)造成用于處于高壓和高溫的雙向氣體流，而管道250則構(gòu)造成用于處于高壓和低溫的雙向氣體流。雖然在圖中未顯示，但是管道240具有內(nèi)部絕熱襯套，并且可能被絕熱材料層包圍；由于襯套的原因，管道可在期望溫度下運(yùn)行；可提供該層作為維護(hù)人員的安全措施，以及/或者作為減少熱損失的方式；可用與殼體2的絕熱襯套和絕熱層相同的方式和/或相同的材料來制造管道240的絕熱襯套和絕熱層。設(shè)備210、220、230布置成彼此相隔某個(gè)距離；優(yōu)選地，選擇這種距離，以允許容易地安裝和/或維護(hù)組件；該距離可為例如幾米(例如2m-3m);期望的是，典型地，圖3的各個(gè)設(shè)備將實(shí)現(xiàn)成具有數(shù)十米(例如30m-90m)的長度和數(shù)米(例如5m-10m)的直徑。除了別的以外，組件及其設(shè)備的良好運(yùn)行取決于管道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。根據(jù)圖3的實(shí)施例，管道系統(tǒng)(240+250)并行地流體地連接儲熱和釋熱設(shè)備210、220、230(它們是相同的)，而且管道系統(tǒng)的橫截面達(dá)到在管道系統(tǒng)中保持基本均勻的流速的程度；照這樣，跨過設(shè)備會產(chǎn)生例如400°C -700°C的相同的溫降。在圖3的實(shí)施例中，管道240和250是相似的，即包括第一筆直管道區(qū)段、使管道系統(tǒng)的橫截面減小33%的第一過渡區(qū)段、第二筆直管道區(qū)段、使管道系統(tǒng)的橫截面再減小33%的第一過渡區(qū)段、在端部處具有90°C的彎曲部的第三筆直管道區(qū)段；在第一筆直管道區(qū)段的端部處提供了開ロ，以能夠通過波紋管裝置而流體地連接第一設(shè)備；在第二筆直管道區(qū)段的端部處提供了開ロ，以能夠通過波紋管裝置而流體地連接第二設(shè)備；在第三管道區(qū)段的端部處提供了開ロ，以能夠通過波紋管裝置而流體地連接第三設(shè)備。儲熱和釋熱組件基本具有三個(gè)運(yùn)行階段儲熱運(yùn)行階段、釋熱運(yùn)行階段、熱保持運(yùn)行階段。參照圖3的實(shí)施例，在儲熱運(yùn)行階段期間，處于高壓和高溫的氣體流到管道240中，通過設(shè)備的第一開ロ 211、221、231而進(jìn)入三個(gè)設(shè)備210、220、230的腔體，流過腔體中的儲熱和釋熱裝置而對它們提供熱(裝置會升高它們的溫度，而氣體則會降低其溫度)，通過設(shè)備的第二開ロ 212、222、232離開腔體，以及在高壓下但在低溫下流出管道250 ;在釋熱運(yùn)行階段期間，處于高壓和低溫的氣體流到管道250中，通過設(shè)備的第二開ロ 212、222、232而進(jìn)入三個(gè)設(shè)備210、220、230的腔體，流過腔體中的儲熱和釋熱裝置而從它們中接收熱(裝置會降低它們的溫度，而氣體則會升高其溫度)，通過設(shè)備的第一開ロ 211、221、231離開腔體，以及在高壓下且在高溫下流出管道240 ;在熱保持運(yùn)行階段期間，沒有氣體在組件中流動，而且儲熱和釋熱裝置基本保持它們的熱和它們的溫度(即使在殼體的周圍提供了絕熱材料層，也不可避免有一些熱損失)。 為了實(shí)現(xiàn)非常高的效率，至少設(shè)備210、220、230的殼體以及優(yōu)選還有管道240應(yīng)當(dāng)在外部完全被絕熱材料層包圍。圖4僅顯示了(較簡明的示意圖)能量生產(chǎn)裝置的一個(gè)實(shí)施例的儲能和釋能系統(tǒng)300。系統(tǒng)300包括-壓縮機(jī)301，其聯(lián)接到發(fā)動機(jī)302(即驅(qū)動機(jī)器)上，并且具有用于低壓低溫氣體流的入口和用于高壓高溫氣體流的出口；-膨脹器303，其聯(lián)接到能量發(fā)生器304(即從動機(jī)器)上，并且具有用于高壓高溫氣體流的入口和用于低壓低溫氣體流的出口；-儲氣室306，其通常稱為“洞穴”，其用于存儲處于高壓的氣體，儲氣室306具有開ロ ；以及-至少ー個(gè)儲熱和釋熱設(shè)備。在低需求的時(shí)期期間，發(fā)動機(jī)302接收來自裝置(在圖4中未顯示)的主要的能量發(fā)生系統(tǒng)的能量，例如過剩的能量。圖4中的元件305實(shí)際上是儲熱和釋熱組件(例如圖3中顯示的ー個(gè))，儲熱和釋熱組件又包括如本文限定的ー個(gè)或多個(gè)儲熱和釋熱設(shè)備；組件305設(shè)有連接到容器的設(shè)備的第一開口上的第一管道3053，以及連接到容器的設(shè)備的第二開口上的第二管道3054。假設(shè)元件305對應(yīng)于圖3的組件，則圖4中的管道3053對應(yīng)于圖3中的管道240，而圖4中的管道3054對應(yīng)于圖3中的管道250。在圖4中，還顯示了一些在系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行受控的流體連接的閥；具體而言，閥308是連接到壓縮機(jī)301、膨脹器303和組件305上的三端ロ閥，而閥309是連接到組件305和室306上的兩端ロ閥。要注意，這種系統(tǒng)的ー個(gè)實(shí)施例將很可能包含其它構(gòu)件，例如齒輪、過濾器、冷卻器、加熱器、閥；另外，壓縮機(jī)和膨脹器的結(jié)構(gòu)可為較復(fù)雜或較不復(fù)雜(例如單級或多級)。在低能量需求的時(shí)期期間，管道3053(即設(shè)備的第一開ロ )通過閥308流體地連接到壓縮機(jī)301的出口上，而管道3054(即設(shè)備的第二開ロ )通過閥309流體地連接到儲氣室306的開口上，使得在熱被組件305移除之后，被壓縮機(jī)301壓縮的氣體存儲在室306中。在高能量需求的時(shí)期期間，管道3053(即設(shè)備的第一開ロ)通過閥308流體地連接到膨脹器303的入口上，而管道3054(即設(shè)備的第二開ロ )通過閥309流體地連接到儲氣室306的開口上，使得存儲在室306中的氣體在被輸送到膨脹器303之前，被組件305加熱。在正常能量需求的時(shí)期期間，管道3053和3054(即設(shè)備的第一開口和第二開ロ )借助于閥308和309而在流體方面斷開。為了實(shí)現(xiàn)非常高的效率，至少儲熱和釋熱組件305的殼體或多個(gè)殼體以及優(yōu)選地還有它的管道或多個(gè)管道應(yīng)當(dāng)在外部完全被絕熱材料層包圍。
上面描述的示例性實(shí)施例在各方面都意圖為說明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。因而，本發(fā)明能夠在詳細(xì)實(shí)施方面有許多變型，本領(lǐng)域技術(shù)人員可從包含在本文中的描述中得出這些變型。所有這樣的變型和改良均認(rèn)為是在所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)。本書面描述使用實(shí)例來公開本發(fā)明，包括最佳模式，并且還使本領(lǐng)域任何技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)，以及執(zhí)行任何結(jié)合的方法。本發(fā)明的可授予專利的范圍由所附權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它實(shí)例。如果這樣的其它實(shí)例具有不異于權(quán)利要求的字面語言的結(jié)構(gòu)元素，或者如果這樣的其它實(shí)例包括與權(quán)利要求的字面語言無實(shí)質(zhì)性差異的等效結(jié)構(gòu)元素，則它們意圖處于權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種儲熱和釋熱設(shè)備的容器，所述容器包括 由金屬材料制成的殼體，所述殼體具有帶有第一端部區(qū)域和在所述第一端部區(qū)域的遠(yuǎn)處的第二端部區(qū)域的伸長形狀，以及限定構(gòu)造成容納儲熱和釋熱裝置以及導(dǎo)引氣體流的腔體的內(nèi)表面； 通過所述殼體的用于處于高溫和高壓的氣體流的第一開ロ，其位于所述第一端部區(qū)域中； 通過所述殼體的用于處于低溫和高壓的氣體流的第二開ロ，其位于所述第二端部區(qū)域中；以及 在所述內(nèi)表面附近且僅部分地覆蓋所述內(nèi)表面的、由絕熱材料制成的襯套，所述襯套至少位于所述第一端部區(qū)域中。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的容器，其特征在于，所述殼體設(shè)有從所述內(nèi)表面延伸向所述腔體的凸出部，使得所述絕熱材料穩(wěn)固地錨定到所述殼體上。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的容器，其特征在于，所述襯套具有不恒定的且優(yōu)選沿著所述殼體從所述第一開ロ開始減小的厚度。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的容器，其特征在于，所述襯套的厚度達(dá)到使所述殼體在所述容器的運(yùn)行期間在所述襯套所處的位置處保持在基本均勻的溫度下的程度。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的容器，其特征在于，所述殼體在外部被絕熱材料層包圍。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的容器，其特征在于，所述襯套由薄的保護(hù)材料層覆蓋。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的容器，其特征在于，所述殼體沿縱向延伸，而且其縱向橫截面是階梯狀的。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的容器，其特征在于，所述殼體布置在基本水平的位置上。
9.一種至少包括第一儲熱和釋熱設(shè)備的儲熱和釋熱組件，其中，所述第一儲熱和釋熱設(shè)備包括 容器，其包括 由金屬材料制成的殼體，所述殼體具有帶有第一端部區(qū)域和在所述第一端部區(qū)域的遠(yuǎn)處的第二端部區(qū)域的伸長形狀，以及限定構(gòu)造成容納多個(gè)儲熱和釋熱裝置以及導(dǎo)引氣體流的腔體的內(nèi)表面； 通過所述殼體的用于處于高溫和高壓的氣體流的第一開ロ，其位于所述第一端部區(qū)域中； 通過所述殼體的用于處于低溫和高壓的氣體流的第二開ロ，其位于所述第二端部區(qū)域中；以及 在所述內(nèi)表面附近且僅部分地覆蓋所述內(nèi)表面的、由絕熱材料制成的襯套，所述襯套至少位于所述第一端部區(qū)域中；以及 位于所述腔體的內(nèi)部的儲熱和釋熱裝置。
10.ー種能量生產(chǎn)裝置，包括 聯(lián)接到發(fā)動機(jī)上的壓縮機(jī)，其具有用于低壓低溫氣體流的入口和用于高壓高溫氣體流的出口 ； 聯(lián)接到能量發(fā)生器上的膨脹器，其具有用于高壓高溫氣體流的入口和用于低壓低溫氣體流的出口；用于存儲處于高壓的氣體的儲氣室，其具有開ロ ；以及 至少一個(gè)儲熱和釋熱設(shè)備； 其中，所述儲熱和釋熱設(shè)備包括 容器，其包括 由金屬材料制成的殼體，所述殼體具有帶有第一端部區(qū)域和在所述第一端部區(qū)域的遠(yuǎn)處的第二端部區(qū)域的伸長形狀，以及限定構(gòu)造成容納多個(gè)儲熱和釋熱裝置以及導(dǎo)引氣體流的腔體的內(nèi)表面； 通過所述殼體的用于處于高溫和高壓的氣體流的第一開ロ，其位于所述第一端部區(qū)域中； 通過所述殼體的用于處于低溫和高壓的氣體流的第二開ロ，其位于所述第二端部區(qū)域中；以及 在所述內(nèi)表面附近且僅部分地覆蓋所述內(nèi)表面的、由絕熱材料制成的襯套，所述襯套至少位于所述第一端部區(qū)域中；以及 位于所述腔體的內(nèi)部的儲熱和釋熱裝置； 以及其中，所述第一開ロ選擇性地流體地連接到所述壓縮機(jī)的所述出口和所述膨脹器的所述入口上，而所述第二開ロ以可控的方式流體地連接到所述儲氣室的所述開口上。
全文摘要
本發(fā)明涉及儲熱和釋熱設(shè)備的容器、儲熱和釋熱組件和能量生產(chǎn)裝置。一種儲熱和釋熱設(shè)備的容器設(shè)有由金屬材料制成的殼體，該殼體具有用于容納儲熱和釋熱裝置以及導(dǎo)引氣體流的內(nèi)部腔體通過殼體的用于處于高溫和高壓的氣體流入和流出腔體的第一開口；通過殼體的用于處于低溫和高壓的氣體流入和流出腔體的第二開口；以及由絕熱材料制成的、僅部分地覆蓋腔體的內(nèi)表面的襯套；襯套至少位于第一開口所處(即溫度較高)的區(qū)域中；照這樣，可控制殼體的溫度?？稍谀芰可a(chǎn)裝置中提供這種儲熱和釋熱設(shè)備，作為待用于補(bǔ)償產(chǎn)生的能量和需要的能量之間的差異的儲能和釋能系統(tǒng)的構(gòu)件。
文檔編號F28D20/00GK102692149SQ201210089760
公開日2012年9月26日 申請日期2012年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月22日
發(fā)明者A·索倫伊, A·隆基里, M·德埃爾科爾 申請人:諾沃皮尼奧內(nèi)有限公司