能量儲存器的制造方法
【專利說明】能量儲存器發(fā)明領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及用于儲存熱能的裝置，其包括至少兩個用于容納流體的管溝。
[0002]發(fā)明背景
[0003]存在對在現(xiàn)代能量技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)有效儲存熱能的需求。
[0004]例如，熱能可以有利地儲存在諸如水的流體中，其中流體在大地之上的絕緣貯水池中、在大地中的絕緣槽中或在地下的使用周圍的大地作為絕緣的開鑿的洞穴里。在很長的時間段中以很大程度保存流體的熱能?，F(xiàn)今，這些方法被用在世界的不同部分以便滿足在不同季節(jié)之間儲存熱能的需求，例如儲存暫時過剩的電力，之后在對過剩的電力存在需求時且優(yōu)選地在其金融值更高時進(jìn)行使用。主要的能量轉(zhuǎn)換是從夏天的一部分(此時對供暖需求較低)到冬天的一部分(此時對供暖的需求更高)的轉(zhuǎn)換。然而，通過將儲存器用于短期變化并總是積極地儲存過剩熱量也大有獲益。這些類型的儲存器還可以用于儲存將被用于冷卻的冷卻器的流體，以及用于具有中間的溫度的流體，諸如在低溫系統(tǒng)中使用的流體。
[0005]如上所述，常用的解決方案是將周圍的大地用作絕緣，把熱能儲存在位于洞穴中的流體中。其具有的優(yōu)點是每單位體積有大的儲存容量以及從儲存器取出大的輸出的可能性。因此，這種類型的儲存器適合于短期儲存和長期儲存兩者。然而也存在大量缺點，諸如高的投資成本。
[0006]另一個解決方案是使用包括大量垂直延伸且均勻分布的溝道的儲存器。熱水通過溝道進(jìn)行循環(huán)且大地自己儲存熱能。其具有的優(yōu)點是低的投資成本以及其可以用于不同質(zhì)量的大地的事實。然而，通過大地輸送熱量的速度低是重大的缺點，因為高的儲存量以及取出速度是不可能。因此，這種類型的儲存器最適合用于長期儲存，即在不同季節(jié)之間的儲存。在這種情況下，由于相較于封閉的儲存體積的相對大的周圍區(qū)域，到周圍大地和大氣的熱損耗是相當(dāng)大的。在這種類型的儲存器中，安裝了用于液體循環(huán)的管道和泵裝置以便注入或者取回能量。因此，這些操作需要相當(dāng)大量的額外電能，這顯著地降低了儲存器的效率。
[0007]瑞典專利申請0950576-9公開了一種有效的熱能儲存器。然而，仍然存在對用于儲存地下熱能的更改進(jìn)的裝置的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]根據(jù)本發(fā)明的一個方面的目的是提供用于儲存地下熱能的對環(huán)境友好的裝置，采用該裝置可以減小總的熱能損耗。另外的目的是提供用于儲存熱能的改進(jìn)裝置。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，通過用于儲存熱能的裝置來實現(xiàn)這些目的，該裝置包括至少兩個用于容納流體的管溝，其中管溝通過至少一個溝道來彼此連接，使得允許在管溝之間的流體連通，并且其中每個管溝至少部分沿著各自的圓弧延伸。
[0010]通過這種裝置，我們可以實現(xiàn)能同時在許多不同的區(qū)域中進(jìn)行操作的有效的熱儲存器。此外，這種類型的組合式儲存器將洞穴儲存器的優(yōu)點與溝道儲存器的優(yōu)點相結(jié)合，即，將溝道儲存器的相對便宜的季節(jié)性儲存能力與從洞穴儲存器取回大的輸出和快速取出熱量/快速向洞穴儲存器提供熱量的可能性相結(jié)合。此外，使用兩個管溝促使覆蓋更大體積的大地與儲存空間，且其促使使用更大數(shù)量的溝道。
[0011]管溝可以包括內(nèi)部管溝和外部管溝，其中將外部管溝布置成圍繞管溝。使用外部管溝和內(nèi)部管溝便于挖掘儲存器。
[0012]在一個實施例中，每個管溝被配置為螺旋結(jié)構(gòu)，兩個管溝形成內(nèi)部與外部螺旋結(jié)構(gòu)，其中將外部螺旋結(jié)構(gòu)布置成圍繞內(nèi)部螺旋結(jié)構(gòu)。螺旋形狀還便于挖掘儲存器。
[0013]在一個實施例中，裝置還包括至少一個豎井。豎井的使用極大地便于提取儲存器中的流體或?qū)⒘黧w返回到儲存器中。
[0014]管溝可以通過至少一個通道彼此連接和/或連接到豎井，使得允許在管溝和/或豎井之間的流體連通。另外的優(yōu)點是使用這些通道使得簡化非常大的儲存器的構(gòu)造。
[0015]在一個實施例中，管溝通過至少一個溝道而被連接到豎井，使得允許在管溝和豎井之間的流體連通，放大了組合式儲存器的優(yōu)點。
[0016]內(nèi)部螺旋結(jié)構(gòu)和/或外部螺旋結(jié)構(gòu)和/或至少一個豎井的中心軸實質(zhì)上在垂直方向上延伸。
[0017]在一個實施例中，以允許熱自然對流的、相對于水平面的角度布置至少一個通道。
[0018]在又一個實施例中，以允許熱自然對流的、相對于水平面的角度布置溝道。
[0019]可以將管溝布置成至少部分位于不同的垂直水平處，進(jìn)一步促進(jìn)熱自然對流。
[0020]在一個實施例中，形成內(nèi)部螺旋結(jié)構(gòu)的管溝比形成外部螺旋結(jié)構(gòu)的管溝具有更大斜度，使得每個螺旋結(jié)構(gòu)的每圈實質(zhì)上平行于另一個螺旋結(jié)構(gòu)的每圈延伸但是在不同的垂直水平處。
[0021]可以將通道布置成使得其在垂直方向上不直接位于彼此之上，使得有可能鉆出從儲存器的頂部下到每個單獨的通道的溝道，而沒有穿透另一個通道。
[0022]在一個實施例中，如從裝置的中心軸的方向上看，裝置的中間部分比裝置的至少一個端部部分具有更大的尺寸。當(dāng)裝置的兩個端部部分都比中間部分小時，儲存器具有實質(zhì)上球形的形狀。使用包括管溝和中間的大地的這種大體球形的形狀，減小了儲存器的周界區(qū)域并因此減小了熱量損耗，同時仍然實現(xiàn)了儲存器的周界內(nèi)的盡可能大的體積。如參見裝置的中心軸方向上，當(dāng)只有一個端部部分較小時，則形狀實質(zhì)上對應(yīng)于錐體或棱錐體。
[0023]流體可以選自包括下列項的組:水、水和冷卻劑的混合物、任何液體燃料諸如化石來源或生物來源(生物燃料)的碳?xì)浠衔?hydro carbons)、鹽溶液、氨水或其它制冷劑。
[0024]裝置可以包括至少一個流體連通構(gòu)件，其被布置成從管溝和/或豎井在合適的垂直水平處提取流體的任意一部分，以便允許通過至少一個熱交換器來處理流體，其中還將流體連通構(gòu)件布置成將處理的流體在合適的垂直水平處返回到管溝和/或豎井。
[0025]在一個實施例中，裝置還包括耦合到熱交換器的能源，該熱交換器被布置成增加或減小流體的熱能。
[0026]此外，能源可以是包括下列項的能源組中的任意一個:工業(yè)設(shè)施或其它廢熱源、用于加熱或用于組合式發(fā)電和加熱的熱電聯(lián)產(chǎn)站(CHP)、太陽能電池板、熱泵、生物燃料鍋爐、電加熱器或化石燃料鍋爐。
[0027]附圖的簡要說明
[0028]現(xiàn)在將參考示出本發(fā)明的當(dāng)前優(yōu)選的實施例的附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明的這些和其它方面。
[0029]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的熱儲存器的頂視圖。
[0030]圖2示出了根據(jù)圖1的熱儲存器的實施例的側(cè)視圖。
[0031]圖3示出了根據(jù)圖1和圖2的熱儲存器的實施例的示意性橫截面視圖。
[0032]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的熱儲存器的又一個實施例。
[0033]詳細(xì)描述
[0034]圖1和圖2示出了用于儲存地下熱能的裝置的實施例，該裝置與洞穴儲存器結(jié)合以用于將一部分能量儲存在諸如水的流體中，以及與溝道儲存器結(jié)合以用于將一部分能量儲存在地下。儲存的熱量主要來自連接到區(qū)域供暖系統(tǒng)的現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)施，諸如熱電聯(lián)產(chǎn)站。其它可能的熱能生成器為例如太陽能采集器和工業(yè)廢熱。
[0035]這種類型的能量儲存器可以用于儲存例如高達(dá)95°C的熱流體以及例如低至4°C的冷流體，以及具有中間溫度的流體。中間溫度表示顯著低于可以被儲存的最熱流體而高于也可以被儲存的最冷流體的溫度。例如在低溫系統(tǒng)中將使用中間溫度的流體。具有例如40-70°C的中間溫度的流體通常為在與區(qū)域供暖系統(tǒng)熱交換之后被返回到儲存器中的流體。
[0036]當(dāng)將熱能儲存在地下時，如果儲存器空間具有足夠大的體積，則由于具有不同溫度的流體體積之間的密度差而在儲存器中發(fā)生分層。流體越熱，其在儲存器中位于越高。
[0037]當(dāng)對儲存器充入熱流體時，來自較低