CN105899905B - 包括扩散器部分的热贮存器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及热贮存器（100），其包括壳体（101）、用于储存热能的第一贮存器元件（102）和入口端口（103）。第一贮存器元件（102）被布置在壳体（101）中。入口端口（103）以使得工作流体能够通过入口端口（103）流到壳体（101）中的方式被联接到壳体（101）。入口端口（103）设有入口孔口（104），通过该孔口，工作流体能够从热贮存器（100）的环境流到入口端口（103）中。入口端口（103）包括扩散器部分（105），其横截面沿着从入口孔口（104）到壳体（101）延伸的方向增大。

Description

包括扩散器部分的热贮存器

技术领域

本发明涉及蓄热器且涉及蒸汽发电设备。本发明还涉及用于储存热能的方法。

背景技术

现代蒸汽发电设备一般具有蒸发器，其被供应热能以便蒸发工作流体（通常是水）。汽化的水随后被供应到蒸汽涡轮机，其驱动发电机以生成电能。

尤其在使用可再生能源时，诸如例如太阳能，在一天中的特定时间，即使在该时间对于电能的需求低，但也生成热能或电能。为了不浪费未被使用的热能或电能，使用了蓄热器。

蓄热器通常具有壳体，存储元件被布置在壳体中以便储存热能。如果电一度在尽管对电能没有需求，或者几乎没有需求的情况下依然被生成，则电能够被转化到热工作流体中且被供应到蓄热器，以便加热存在于其中的存储元件。在稍后的时间，即在几乎没有热能生成，但对电能的需求却高时，冷工作流体被供应到蓄热器且被加热，以便随后被加热的工作流体被供应到蒸汽涡轮机或热交换器，蒸汽涡轮机的工作流体能够利用其被加热，且该工作流体驱动发电机以生成电能。

为了使蓄热器有效，在加热存储元件时或在加热工作介质时，工作介质必须以低流动速率在存储元件周围均匀地流动，以便以这种方式提供在工作流体和存储元件之间的有效热交换。

为了使工作介质均匀地分布且工作介质均匀地流动到存储元件上，通常使用各种各样几何形状的各种导流和空气转向板。然而，工作介质的这种偏转还导致压力损耗。各种各样类型的被称为塔板的板（泡罩板等）或者带有填料的柱形物例如从加工工业已知以用于均匀地分布工作介质。各种类型的穿孔板还可用于例如分布空气流动。

发明内容

本发明的目的是改善流体在蓄热器中的流动分布。

该目的利用根据独立专利权利要求的蓄热器、蒸汽发电设备和用于储存能量的方法实现。

根据本发明的第一方面，描述了蓄热器。蓄热器具有壳体和用于储存热能的第一存储元件，第一存储元件被布置在壳体中。而且，蓄热器具有入口通路（或入口通道），入口通路以使得工作流体能够通过入口通路流到壳体中的方式被联接到壳体。入口通路具有入口开口，通过该入口开口，工作流体能够从围绕蓄热器的区域流到入口通路中。入口通路具有扩散器部分，扩散器部分具有沿着从入口开口到壳体的方向逐渐变大的流动横截面。

根据本发明的又一方面，描述了用于生成电能的蒸汽发电设备。蒸汽发电设备具有上述蓄热器。

蒸汽发电设备还具有蒸发器，其被供应热能（例如，来自太阳能光热系统）以便蒸发工作流体（通常是水）。汽化的水随后被供应到蒸汽发电设备的蒸汽涡轮机，其驱动发电机以生成电能。为了不浪费未被使用的热能，蒸汽发电设备具有上文中所述的蓄热器。蓄热器尤其与蒸汽发电设备的蒸发器相联接，以便获得升温的工作流体用于加热。此外，蓄热器与蒸汽涡轮机相联接，以便为蒸汽涡轮机提供升温的工作流体。

根据本发明的又一方面，描述了用于储存热能的方法。根据该方法，使工作流体通过入口通路流动到蓄热器的壳体中。蓄热器以对应于上文中所述的蓄热器的方式形成。

壳体由耐热材料（例如，金属板或陶瓷）制成。壳体例如立方或圆筒状地被形成，且具有例如圆形、椭圆形或多边形底面积。壳体还可以考虑例如为立方体形式。取决于设计数据，壳体可例如具有大约10 m×10 m（米）及更大的横截面面积或底面积。

入口通路具有耐热形式，且例如同样地由金属板构成。入口通路例如可脱离地紧固到壳体或焊接到壳体上。而且，入口通路可整体地且与壳体成整块件地形成。

入口通路具有例如入口开口，通过该入口开口工作流体（不管是用于加热存储元件还是用于从存储元件获取热）能够从供应管线流动到入口通路中，或者例如从壳体流到入口开口。供应管线，及对应地在入口开口附近的入口通路，具有例如大约0.5 m到大约4 m的直径，通常在大约1 m和2 m（米）之间的直径。因此，工作流体（蒸汽或气体）必须从在入口通路的入口开口附近的流动横截面到壳体的流动横截面（例如大约10 m×10 m（或大约8 m到12 m的直径）的流动横截面）被分布。其他尺寸的蓄热器同样是可行的。

为了将工作流体恒定地分布在到壳体中的进口处，入口通路具有扩散器部分，其具有沿着从入口开口到壳体的方向逐渐变大的流动横截面。以这种方式，降低了工作流体的流动速率，且同时在到壳体的进口处（即，在入口通路和壳体之间的过渡处）实现工作流体的恒定分布。例如在壳体中的流动横截面上具有恒定分布的更缓慢的工作流体在其随后在存储元件周围流动时能够非常有效地获取或对应地释放热能。扩散器部分的使用还具有如下效果，即与在可直接布置在流动通道中的常规导流板的情况下相比，能实现更小的压力损耗，且同时建立工作流体的均匀分布。

用于加热存储元件的工作流体可以是水（尤其是热的、过热蒸汽）、空气、氮气或氩气。工作流体，或者流到蓄热器中用于加热目的的另外的工作流体是例如水（其例如以液态流动）、蒸汽、空气、氮气或者氩气。

尤其，上文中所述的蒸汽发电设备可具有水/蒸汽回路或气体/蒸汽回路，其利用蓄热器的工作流体回路与热交换器相联接。这允许蓄热器具有带有良好热容量的工作流体，例如氮气或氩气，以便在升温模式中加热蓄热器的存储元件，或者在降温模式中冷却蓄热器的存储元件，且对应地获取热能。工作流体能够释放热能到蒸汽发电设备的工作介质（通常是水/蒸汽），或者对应地借助于热交换器获取热能。

如在下文中进一步描述的，存储元件，即第一、第二和/或第三存储元件由石头，尤其是火山石、陶瓷元件、砖元件、花岗岩或玄武岩构成。存储元件被提供为散装材料且具有高的热存储容量。

根据本发明的蓄热器因此具有用于工作流体分布的新颖理概，尤其是当工作流体流热交换器的壳体中时。这尤其通过在入口通路中形成的扩散器部分实现。这使得工作流体能良好分布且同时工作流体的减速能在入口通路的短扩散器部分中设定，而不会引起那样大的压力损耗。由于工作流体的该分布以及涉及小的压力损耗的工作流体的速率的同时降低，在同时小压力损耗的情况下实现了工作流体的良好分布效果。这继而导致在工作流体和存储元件之间改进的热相互作用，以便热交换器更有效地工作。

而且，除了与蒸汽发电设备或其蒸汽回路联接外，蓄热器还可与其他回路联接，且储存或者释放这些回路的热。例如，蓄热器可借助于热交换器与ORC（有机朗肯循环）回路或CO2回路直接或间接地联接。

根据以举例方式给出的又一实施例，扩散器部分具有（大约）45°到60°，尤其是55°的扩散器角度。

根据以举例方式给出的又一实施例，蓄热器具有用于储存热能的第二存储元件，其被布置在入口通路中。

根据以举例方式给出的又一实施例，第二存储元件中的至少一个被布置在扩散器部分中。

根据以举例方式给出的又一实施例，扩散器部分具有第一区和第二区，第二区沿着从入口开口到壳体的方向在第一区的下游形成。至少一个第二存储元件被布置在第二区中，且第一区没有第二存储元件。

布置在入口通路中，尤其在扩散器部分的第二区中的第二存储元件可以以预定布置和对准被布置，且因此用作流动元件。

扩散器部分的第一区不具有任何第二存储元件，且仅仅用于降低工作流体的流动速率和用于分布工作流体。在第二区中的第二存储元件额外地用于分布工作流体的流动。扩散器部分的第一区和第二区的该组合产生工作流体的分布效果、工作流体的小压力损耗及入口通路的小体积的良好组合。因此，扩散器部分可例如具有更大的扩散器角度，例如大约45°到80°，尤其高达60°。

根据以举例方式给出的又一实施例，蓄热器具有出口通道，其以使得工作流体能够通过出口通道从壳体流出的方式被联接到壳体。以这种方式，工作流体的回路在蓄热器中形成，工作流体通过入口通路流入，且在流动通过壳体之后，通过出口通道流出。

根据以举例方式给出的又一实施例，出口通道具有出口开口，通过该出口开口，工作流体能够从壳体流出离开出口通道。出口通道具有喷嘴部分，其具有沿着从壳体到出口开口的方向逐渐变小的流动横截面。

借助于喷嘴部分，例如，工作流体的速率再次提高，且同样地导致压力增加。

根据以举例方式给出的又一实施例，蓄热器具有用于储存热能的第三存储元件，其被布置在出口通道中。

应当指出，本文所描述的实施例仅仅表示本发明的可能构造变型的有限选择。因此能够以合适的方式将单独实施例的特征彼此组合，以便利用本文所明确提供的构造变型，大量不同的实施例能够被视为对于本领域技术人员以显而易见的方式公开。尤其，本发明的一些实施例通过装置权利要求描述，并且本发明的其他实施例通过方法权利要求描述。然而当阅读该申请时，对本领域技术人员将直接清楚的是，除非以其他方式明确地陈述，否则除了属于本发明的一个类型的主题的特征的组合之外，属于本发明的不同类型的主题的特征的任何期望组合也是可行的。

附图说明

为了进一步解释及更好地理解本发明，下面参考附图更详细地描述示例性实施例。

图1示出以举例方式给出的根据本发明的实施例的蓄热器的示意性表示。

图2示出以举例方式给出的根据本发明的又一实施例的蓄热器的示意性表示，以及

图3示出以举例方式给出的根据本发明的实施例的入口通路的示意性表示。

具体实施方式

在附图中，相同或类似的部件被提供有相同的参考数字。在附图中的表示是示意性的且不成比例。

图1示出根据本发明的示例性实施例的蓄热器100。蓄热器100具有壳体101、用于储存热能的第一存储元件102和入口通路103。第一存储元件102被布置在壳体101中。入口通路103以使得工作流体能够通过入口通路103流到壳体101中的方式被联接到壳体101。入口通路103具有入口开口104，通过入口开口104，工作流体能够从围绕蓄热器100的区域流到入口通路103中。入口通路103具有扩散器部分105，其具有沿着从入口开口104到壳体101的方向逐渐变大的流动横截面。

在图1中示出的蓄热器100能够用在例如蒸汽发电设备中以生成电能。

壳体101由例如耐热金属板制成。壳体101还圆筒形地被形成，且具有例如圆形、椭圆形或多边形底面积。

入口通路103具有耐热形式且例如同样地由金属板构成。入口通路103例如可脱离地紧固到壳体101或焊接到壳体101上。而且，入口通路103可整体地且可与壳体101成整块件地形成。

入口通路103具有例如入口开口104，通过入口开口104工作流体（不管是用于加热存储元件102、106、112还是用于从存储元件102、106、112获取热）能够从供应管线流到入口通路103中或者例如从壳体101流到入口开口104。因此，工作流体（蒸汽或者气体）必须从在入口通路103的入口开口104附近的流动横截面到壳体101的流动横截面（例如具有大约10m×10 m（或大约8 m到12 m的直径）的流动横截面）被分布。

为了使工作流体恒定分布在到壳体101中的进口处，入口通路103具有扩散器部分105，其具有沿着从入口开口104到壳体101的方向逐渐变大的流动横截面。以这种方式，工作流体的流动速率被降低，且同时在到壳体101中的进口处（即，在入口通路103和壳体101之间的过渡处）实现工作流体的恒定分布。在壳体101中的流动横截面上具有恒定分布的更缓慢的工作流体能够在其随后在存储元件102、106、112周围流动时非常有效地获取或对应地释放热能。扩散器部分105的使用还具有如下效果，即能够实现更小的压力损耗，且同时建立工作流体的均匀分布。

工作流体的均匀分布且同时工作流体的减速能够在入口通路103的短扩散器部分105中被设定，且不引起那么大的压力损耗。

用于储存热能的更多第二存储元件106被布置在入口通路103中。如在图1中表示的，第二存储元件106中的至少一个或所有第二存储元件106被布置在扩散器部分105中。

尤其，扩散器部分105具有第一区107和第二区108，第二区108沿着从入口开口104到壳体101的方向在第一区107的下游形成。方向在图1中通过在那示出的箭头表示。至少一个第二存储元件106被布置在第二区108中，且第一区107没有第二存储元件106。

布置在入口通路103中，尤其在扩散器部分105的第二区108中的第二存储元件106可以以预定布置和对准被布置。

扩散器部分105的第一区107不具有任何第二存储元件106，且专用于降低工作流体的流动速率和用于分布工作流体。在第二区108中的第二存储元件106额外地用于分布工作流体的流动。扩散器部分105的第一区107和第二区108的该组合产生工作流体的分布效果、工作流体的小压力损耗及入口通路103的小体积的良好组合。

蓄热器100还具有出口通道109，其以使得工作流体能够通过出口通道109从壳体101流出的方式被联接到壳体101。以这种方式，工作流体的回路在蓄热器100中形成，工作流体通过入口通路103流入且在流动通过壳体101之后，通过出口通道109流出。

出口通道109具有出口开口110，通过出口开口110，工作流体能够从出口通道109流出壳体101。出口通道109具有喷嘴部分111，其具有沿着从壳体101到出口开口110的方向（参见箭头）逐渐变小的流动横截面。

借助于喷嘴部分111，例如，工作流体的速率再次提高，且同样地导致压力增加。

蓄热器100还具有用于储存热能的第三存储元件112，其被布置在出口通路109中。

图2示出蓄热器100的以举例方式给出的又一实施例，其具有与来自图1的蓄热器100相同的特征。在图2中，扩散器部分105利用两个扩散器角度α和β表示。在第一区107中，扩散器部分105具有开口角度或扩散器角度β，且在第二区108中，扩散器部分105具有另外的开口角度或扩散器角度α。扩散器角度β和扩散器角度α可以相等。在图2中以举例方式给出的实施例中，相比第二区108的更浅的扩散器角度α，扩散器角度β更陡峭，例如60°到80°。扩散器角度α具有例如10°到30°的开口角度。

因此，在更小的压力损耗情况下实现了流入或流出的流体的分布。

在以举例方式给出的又一实施例中，喷嘴部分111还可以以对应于扩散器部分105的方式形成，例如喷嘴部分111的第一区相比喷嘴部分111的第二区更平或者具有更小的锥度，喷嘴部分111的第二区位于第一区的下游且具有更大的喷嘴角度或更大的锥度。

图3示出入口通路103的以举例方式给出的表示。在图3中尤其示出扩散器部分105的第一区107。工作流体通过入口通路103的入口开口104流到第一区107中。第一区107具有锥形形状的壁，流动横截面沿着流动方向（参见箭头）从入口开口104逐渐增大。

为了阐明扩散器部分105，示出扩散器角度α。扩散器角度α例如在扩散器部分105的壁的形状和中心轴线或关于中心轴线的平行线（参见图3中的虚线）之间确定。

扩散器部分具有（大约）45°到60°的扩散器角度。

应额外指出的是“包括”不排除其他元件或步骤，且“一个”或“一种”不排除复数。而且，应指出的是已经参考上文中给出的示例性实施例中的一个描述的特征或步骤还能够与上文中所述的其他示例性实施例的其他特征或步骤组合地使用。在权利要求中的参考符号不应被认为是限制性的。

Claims (10)

1.一种蓄热器（100），其具有

壳体（101），

用于储存热能的第一存储元件（102），

所述第一存储元件（102）被布置在所述壳体（101）中，以及

入口通路（103），所述入口通路以使得工作流体能够通过所述入口通路（103）流到所述壳体（101）中的方式被联接到所述壳体（101），

所述入口通路（103）具有入口开口（104），通过所述入口开口，所述工作流体能够从围绕所述蓄热器（100）的区域流到所述入口通路（103）中，以及

所述入口通路（103）具有扩散器部分（105），所述扩散器部分具有沿着从所述入口开口（104）到所述壳体（101）的方向逐渐变大的流动横截面，

其中所述蓄热器（100）还具有用于储存热能的第二存储元件（106），所述第二存储元件被布置在所述入口通路（103）中；以及

所述第二存储元件（106）中的至少一个被布置在所述扩散器部分（105）中。

2.根据权利要求1所述的蓄热器（100），

所述扩散器部分（105）具有45°到60°的扩散器角度（α）。

3.根据权利要求1或2所述的蓄热器（100），

所述存储元件（102）包括石头。

4.根据权利要求3所述的蓄热器（100），

所述石头包括火山岩、陶瓷元件、砖元件、花岗岩或玄武岩。

5.根据权利要求1所述的蓄热器（100），

所述扩散器部分（105）具有第一区（107）和第二区（108），所述第二区沿着从所述入口开口（104）到所述壳体（101）的方向在所述第一区（107）的下游形成，以及

所述至少一个第二存储元件（106）被布置在所述第二区（108）中，且所述第一区（107）没有第二存储元件（106）。

6.根据权利要求1到2中的一项所述的蓄热器（100），其还具有

出口通道（109），所述出口通道以使得所述工作流体能够通过所述出口通道（109）从所述壳体（101）流出的方式被联接到所述壳体（101）。

7.根据权利要求6所述的蓄热器（100），

所述出口通道（109）具有出口开口（110），通过所述出口开口，工作流体能够从所述壳体（101）流出离开所述出口通道（109），以及

所述出口通道（109）具有喷嘴部分（111），所述喷嘴部分具有沿着从所述壳体（101）到所述出口开口（110）的方向逐渐变小的流动横截面。

8.根据权利要求7所述的蓄热器（100），其还具有

用于储存热能的第三存储元件（112），所述第三存储元件被布置在所述出口通道（109）中。

9.一种用于生成电能的蒸汽发电设备，所述蒸汽发电设备具有

根据权利要求1到7中的一项所述的蓄热器（100）。

10.一种用于储存热能的方法，其借助于根据权利要求1到8中的一项所述的蓄热器（100），所述方法包括工作流体通过入口通路（103）到蓄热器（100）的壳体（101）中的流动，

所述蓄热器（100）具有壳体（101）和用于储存热能的第一存储元件（102），

所述第一存储元件（102）布置在所述壳体（101）中，

所述入口通路（103）具有入口开口（104），通过所述入口开口，所述工作流体能够从围绕所述蓄热器的区域流到所述入口通路（103）中，以及

所述入口通路（103）具有扩散器部分（105），所述扩散器部分具有沿着从所述入口开口（104）到所述壳体（101）的方向逐渐变大的流动横截面，以及

所述蓄热器（100）还具有用于储存热能的第二存储元件（106），所述第二存储元件（106）布置在所述扩散器部分（105）中。