用于存儲熱能的設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于存儲熱能的設(shè)備，該熱能例如可在產(chǎn)能過剩時由再生能源獲得且被存儲。存儲在蓄熱器(14)、蓄冷器(16)和另外的蓄熱器(12)內(nèi)的能量可在需要時通過回路(22、38)通過使用壓縮機(13)和渦輪機(15)通過發(fā)電機(G)再次轉(zhuǎn)換為電能。根據(jù)本發(fā)明建議，在理想情況下將工作氣體通過加濕塔(18)加濕直至濕度飽和，其中有利地在體積流量較低時可實現(xiàn)更大的質(zhì)量流量。因此，可使用更經(jīng)濟的部件且在此同時可實現(xiàn)高的設(shè)備效率。
【專利說明】用于存儲熱能的設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于存儲熱能的設(shè)備，所述設(shè)備具有用于工作氣體的回路。此回路構(gòu)造為開放式，使其將空氣作為工作氣體從環(huán)境中吸入且將其又吹出到環(huán)境中；即，環(huán)境一起屬于該回路。也可實現(xiàn)其中可使用任意的工作氣體（也包括空氣）的封閉回路。在該回路中，將如下單元以給定的次序通過用于工作氣體的管道相互連接：蓄冷器、第一熱流體能量機、蓄熱器和第二熱流體能量機。在工作氣體從蓄冷器向蓄熱器的流動通過方向上觀察，在此第一熱流體能量機作為工作機連接且第二熱流體能量機作為原動機連接。
【背景技術(shù)】
[0002]原動機和工作機的概念在本申請中使用為，工作機接收機械功以實現(xiàn)其目的。因此，用作工作機的熱流體能量機作為壓縮機或壓縮器運行。與之相反，原動機做功，其中用于做功的熱流體能量機將工作氣體中可供使用的熱能進行轉(zhuǎn)化。在此情況中，熱流體能量機也作為發(fā)動機工作。
[0003]概念“熱流體能量機”形成對于如下機器的上位概念，即所述機器可從工作流體(在本申請中為工作氣體）中獲取熱能或?qū)⒋藷崮芴峁┙o所述工作流體。熱能理解為熱能和冷能。熱流體能量機（在下文中簡稱為流體能量機）可例如構(gòu)造為活塞機器。優(yōu)選地，也可使用液壓熱流體能量機，其轉(zhuǎn)子允許工作氣體的連續(xù)流動。優(yōu)選地，使用軸向作用的渦輪機或壓縮機。
[0004]前述原理例如根據(jù)US2010/0257862A1描述。在此使用活塞機器以執(zhí)行所述的方法。此外，根據(jù)US5，436，508已知通過前述用于存儲熱能的設(shè)備在使用風(fēng)能發(fā)電的情況中也可中間存儲過剩產(chǎn)能，以便在需要時將其再次調(diào)出。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是給出一種前述類型的用于存儲熱能的設(shè)備（例如，機械能到熱能的轉(zhuǎn)化然后并存儲，或所存儲的熱能到機械能的轉(zhuǎn)化），以所述設(shè)備可實現(xiàn)高的效率同時實現(xiàn)所使用的結(jié)構(gòu)單元的合適的成本。
[0006]此技術(shù)問題根據(jù)本發(fā)明以前述設(shè)備通過如下方式解決，即在第一熱流體能量機和蓄熱器之間在管道內(nèi)提供用于工作氣體的加濕單元。作為加濕單元，在本發(fā)明的范圍內(nèi)應(yīng)理解為可被工作氣體流過的裝置，在所述該加濕單元中向工作氣體提供水蒸汽。在此，空氣被加濕直至最高到達(dá)水蒸汽的飽和極限。工作氣體（例如空氣）的加濕的使用的優(yōu)點是作為原動機工作的流體能量機在相同的結(jié)構(gòu)尺寸下可升高其功率輸出。因此在所要求的功率輸出下，可使用更小且因此更廉價的用于設(shè)備的部件。此外，也可使用從第二流體能量機離開的已加濕的熱空氣向使用在加濕單元中的水中供熱，使得此能量對于過程完全不損失。以此，可有利地提高根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的效率。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的用于存儲熱能的回路與其加濕單元一起用于將存儲在蓄熱器和蓄冷器內(nèi)的能量通過第二熱流體能量機轉(zhuǎn)換為機械能。該機械能可例如用于驅(qū)動發(fā)電機。因此，所存儲的熱能用于在需要更多的電能時通過設(shè)備提供電能。
[0008]但通過增加地使用再生能量也可能發(fā)生的是總計產(chǎn)生的電流在產(chǎn)生時刻未被需求。在此情況中，用于存儲熱能的設(shè)備用于將電能例如通過電動馬達(dá)轉(zhuǎn)換為器械能且通過流體能量機轉(zhuǎn)換為熱能。當(dāng)然，應(yīng)注意的是在過程的反轉(zhuǎn)中不使用加濕塔。因此，加濕塔必須例如通過合適的旁通管道被繞開。另外的可能性在于，對于蓄冷器和蓄熱器的蓄能過程，在設(shè)備中提供專用的回路。此回路也可裝配有附加的流體能量機。
[0009]如果設(shè)備提供有旁通管道，則所述旁通管道必須適合于將第一熱流體能量機和第二熱流體能量機連接為，使得蓄熱器在工作氣體的流通方向上處在蓄冷器前方。這可通過流動方向在管道系統(tǒng)內(nèi)的反向?qū)崿F(xiàn)。另外的可能性在于旁通管道在蓄熱器或蓄冷器前方或后方分別直接通入回路中，使得僅在蓄熱器內(nèi)部工作氣體的流動方向反向。關(guān)鍵的是流動方向在熱力學(xué)存儲器(蓄冷器或蓄熱器)內(nèi)的反向，因此在熱力學(xué)存儲器的存儲器介質(zhì)內(nèi)的冷熱前鋒在熱力學(xué)存儲器的蓄能和釋能時分別在相反的方向上運動。
[0010]如果對于熱力學(xué)存儲器的蓄能使用附加的回路，則此回路也流過相同的蓄熱器和蓄冷器。通過合適的閥機構(gòu)保證，分別在熱力學(xué)存儲器上僅連接用于蓄能的回路和用于釋能的回路。另外的可能性在于在熱力學(xué)存儲器內(nèi)，兩個回路分別包括兩個管道系統(tǒng)。在此情況中，不要求換向且可原理上甚至實現(xiàn)熱力學(xué)存儲器的同時蓄能和釋能。
[0011]但在一個情況中，設(shè)備中的蓄熱器和蓄冷器的蓄能通過如下方式實現(xiàn)，即蓄熱器可通過第三流體能量機和第四流體能量機之間的第二管道連接，其中在工作氣體從第三熱流體能量機向第四熱流體能量機的流動方向上觀察時第三熱力學(xué)流體能量機作為工作機連接且第四熱流體能量機作為原動機連接。當(dāng)工作氣體在所述的流通方向上流過第二管道時這以已描述的方式實現(xiàn)了蓄熱器的蓄能。此外，在第四熱流體能量機的后方可在第二管道內(nèi)提供蓄冷器，因此，所述蓄冷器通過來自第四流體能量機的工作氣體供給且可吸收存儲在工作氣體內(nèi)的冷能。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的另外的構(gòu)造建議，在第二熱流體能量機后方在管道內(nèi)布置水分離器。通過工作氣體的減壓和冷卻，工作氣體對于水蒸汽的吸收能力也下降，使得所述工作氣體凝結(jié)。因此，凝結(jié)物可收集在所述的熱分離器內(nèi)，其中已分離的水總是具有大約501的溫度。因此，此溫度水平總是處在環(huán)境溫度以上，使得在所收集的水中存儲的熱能可再次提供到過程中。如果水蒸汽吹出到環(huán)境中且替代地使用來自環(huán)境的用于加濕塔的存儲水，貝0此熱能對于過程損失。因此，水分離器用于提高通過根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備實現(xiàn)的過程的效率。為使得來自水分離器的水可再次提供給過程，有利地建議使得水分離器通過供給管道與加濕單元連接。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的另外的構(gòu)造可建議使得從第二流體能量機導(dǎo)引開的管道導(dǎo)引通過處在蒸發(fā)器內(nèi)的第一換熱器。從第二流體能量機導(dǎo)引離開的工作氣體具有大約2001的溫度。此熱量可被利用來為加濕塔提供將其內(nèi)的水蒸發(fā)所必須的熱能。因此，此熱能有利地再次提供到過程且因此不會未利用就泄漏到環(huán)境中。這又有利地進一步提高了通過設(shè)備實現(xiàn)的過程的效率。此外，通過所實現(xiàn)的工作氣體在加濕塔內(nèi)的冷卻，可使連接在其后的水分離器更有效地工作，因為會讓水容易地從已冷卻的工作氣體中分離。
[0014]此外，建議了本發(fā)明的另外的構(gòu)造，即在支管內(nèi)提供附加蓄熱器，其中從附加蓄熱器導(dǎo)引出的支管導(dǎo)引通過處在蒸發(fā)器內(nèi)的第二換熱器。因此，存儲在附加蓄熱器內(nèi)的能量可附加地支持在加濕單元內(nèi)的水蒸發(fā)的過程。因此，間接地通過附加蓄熱器的熱能輸入有利地導(dǎo)致在加濕單元內(nèi)的空氣濕度的進一步提高。這導(dǎo)致已描述的通過根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備實現(xiàn)的過程的效率的升高。
[0015]附加蓄熱器以及蓄熱器和蓄冷器可由外部的熱源或冷源供給。在此，例如從電廠提供遠(yuǎn)程熱。但特別有利的是附加蓄熱器以及蓄熱器和蓄冷器通過不同的熱泵過程蓄能。為此，可有利地通過第五熱流體能量機和第六熱流體能量機之間的附加管道連接附加蓄熱器，其中在工作氣體從第五熱流體能量機向第六熱流體能量機的流通方向上觀察時，物體熱流體能量機作為工作機連接且第六熱流體能量機作為原動機連接。因此，對于附加蓄熱器的蓄能可使用專門的熱泵回路，其中第五和第六熱流體能量機對于在附加蓄熱器中待產(chǎn)生的溫度可被優(yōu)化。當(dāng)然，在通過管道和旁通管道實現(xiàn)了合適的連接時，附加蓄熱器也可通過第一或第三流體能量機蓄能。在此需總是權(quán)衡部件的成本與單獨的過程的效率升高之間的關(guān)系。在此權(quán)衡中，潛在地考慮經(jīng)濟性。
[0016]工作氣體可選擇地在封閉的或開放的回路中導(dǎo)引。開放的回路總是使用環(huán)境空氣作為工作氣體。所述工作氣體從環(huán)境中吸入且在過程結(jié)束時又釋能到環(huán)境中，使得環(huán)境將開放的回路閉合。封閉的回路也允許使用與環(huán)境空氣不同的另外的工作氣體。此工作氣體在封閉的回路中導(dǎo)引。因為在環(huán)境中的減壓與環(huán)境壓力和環(huán)境溫度的調(diào)節(jié)同時取消，所以工作氣體在封閉的回路的情況中必須導(dǎo)引通過換熱器，所述換熱器允許工作氣體向環(huán)境的放熱。
[0017]例如可建議，用于熱能在蓄冷器和蓄熱器內(nèi)存儲的回路設(shè)計為開放的回路，且在此作為原動機工作的熱流體能量機由兩級構(gòu)成，其中在這兩級之間提供了用于工作氣體的水分離器。在此考慮到如下情況，即在環(huán)境空氣中包含空氣濕度。通過工作氣體在唯一的級內(nèi)的減壓，可出現(xiàn)的情況是空氣濕度由于工作氣體的強冷卻而被冷凍到例如-1001且在此損壞了熱流體能量機。尤其是，渦輪機葉片可能由于結(jié)冰而被不利地?fù)p壞。但工作氣體在兩級內(nèi)的減壓實現(xiàn)了將凝結(jié)的水在第一級后方的水分離器中例如在51時分離，使得工作氣體在其進一步冷卻時在第二渦輪級中已被去濕，且可避免或至少減少結(jié)冰。因此有利地降低了第二流體能量機損壞的風(fēng)險。
[0018]如果如所述使用封閉的回路且換熱器安裝在回路中，則取消了水分離器以及作為原動機的二級流體能量機的使用。在此情況中，例如也可使用已去濕的環(huán)境空氣作為工作氣體，通過回路的封閉性排除該環(huán)境空氣加濕的可能性。但也可使用另外的工作氣體。
[0019]在蓄熱器和蓄冷器蓄能時有利的是，工作氣體在第一或第三(根據(jù)構(gòu)造)流體能量機前流過附加蓄熱器。即工作氣體通過附加蓄熱器加熱并且供給到第一流體能量機內(nèi)。以此，附加蓄熱器除加熱加濕單元外還具有另外的作用。使用附加蓄熱器具有如下優(yōu)點。如果設(shè)備用于存儲熱能，則附加蓄熱器在經(jīng)過此情況中作為工作機(壓縮機)工作的第一 /第三流體能量機之前被流過。在此，工作氣體已通過環(huán)境溫度被加熱。這具有的優(yōu)點是為實現(xiàn)工作氣體所要求的溫度，工作機需要輸入的功率更低。具體而言，蓄熱器應(yīng)被加熱到超過5001，這有利地在工作氣體預(yù)熱后也以商用的熱力學(xué)壓縮機可實現(xiàn)，所述壓縮機允許將工作氣體壓縮到15巴。因此有利地，用于設(shè)備的結(jié)構(gòu)單元可采用在市場上可獲得的無需昂貴的修改的部件。有利地，工作氣體在附加蓄熱器中可被加熱到601至1001的溫度，特別有利地被加熱到80°C的溫度。與此不同，對于在加濕塔中的熱供給，特別有利地將工作氣體加熱到大約190°C的溫度。
[0020]如上所述，工作氣體在蓄熱器和蓄冷器的回路中可被壓縮到15巴，以此可實現(xiàn)直至550°C的工作氣體的溫度。
[0021 ] 最后，根據(jù)本發(fā)明的特別的構(gòu)造可建議在第二熱流體能量機后方在管道內(nèi)提供換熱器，所述換熱器被供給以用于加濕單元的水作為冷卻劑。以此，可進一步從流過管道的工作氣體中獲取熱能，以所述熱能將用于加濕單元的供給水預(yù)熱。因此，此能量也又被供給到過程中，以此有利地進一步提高了回路的效率。尤其在提供開放的回路時，加濕單元需要比較多的供給水，因為水在流過回路之后至少部分地又被輸出到環(huán)境中。但即使在封閉的回路中，回路中的不密封性以及在蓄熱器和蓄冷器內(nèi)的在從釋能運行轉(zhuǎn)換到蓄能運行時的通道的干燥也可能導(dǎo)致必須將新的供給水引入到加濕單元內(nèi)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]本發(fā)明的另外的細(xì)節(jié)在下文中根據(jù)附圖描述。相同的或相應(yīng)的附圖元素在此被提供以相同的附圖標(biāo)號，且僅多次闡述單獨的附圖之間的差異。在附圖中：
[0023]圖I以線路圖示出帶有旁通管道的根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的實施例，且
[0024]圖2和圖3根據(jù)另外的線路圖示出帶有用于熱力學(xué)存儲器的蓄能和釋能的分開的回路的根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的另外的實施例。
【具體實施方式】
[0025]根據(jù)圖I的用于存儲熱能的設(shè)備具有管道11，以所述管道11將多個單元相互連接，使得這些單元在開放的回路中可被工作氣體流過。工作氣體通過閥A從環(huán)境中抽吸且流過設(shè)計為熱力學(xué)壓縮機的第一熱流體能量機13。此外，管道通過閥B導(dǎo)向蓄熱器14。所述蓄熱器14通過管道11經(jīng)過閥C與設(shè)計為熱力學(xué)渦輪機的第二熱流體能量機15連接。管道11從渦輪機經(jīng)過閥D導(dǎo)向蓄冷器16。管道從蓄冷器16打開到環(huán)境中。在所述的運行狀態(tài)中，閥A至閥D也打開。閥E至閥H關(guān)閉（其更多的描述見下文）。
[0026]只要在電網(wǎng)中不需要所產(chǎn)生的電能，第一熱流體能量機13和第二熱流體能量機15通過軸21相互機械聯(lián)接且通過由風(fēng)力發(fā)電廠22供電的電動馬達(dá)M驅(qū)動。在此運行狀態(tài)期間，給蓄熱器14和蓄冷器16蓄能，如在后文中詳細(xì)解釋，且設(shè)備通過管道11被流過，其中一些單元以以上所述的次序被流過。
[0027]如果與實際所產(chǎn)生的電能量相比電能的需求量更大，則通過風(fēng)力發(fā)電廠22產(chǎn)生的電流直接被饋送到電網(wǎng)內(nèi)。附加地，設(shè)備以另外的運行狀態(tài)支持發(fā)電，方式是蓄熱器14和蓄冷器16釋能且以軸21通過流體能量機18和19驅(qū)動發(fā)電機G。為此目的，閥A至D關(guān)閉且為此閥E至H打開。以此，管道11的區(qū)域不再被流過，而作為它的替代將旁通管道19打開，這改變了工作氣體的流動。
[0028]工作氣體流過蓄冷器16且經(jīng)由旁通管道19通過閥E流向第一流體能量機（壓縮機）。在離開壓縮機之后，工作氣體經(jīng)過閥F導(dǎo)引通過加濕單元18，所述加濕單元18提供在另外的旁通管道19內(nèi)且通向蓄熱器14。因此，蓄熱器14已供給以加濕的空氣，所述加濕的空氣通過旁通管道19經(jīng)過閥G離開蓄熱器14，且被供給到第二流體能量機15 (渦輪機）。在此，獲取機械能用于驅(qū)動第一流體能量機13(壓縮機）和發(fā)電機。工作氣體通過旁通管道19經(jīng)過閥H又到達(dá)環(huán)境中，其中事先通過水分離器17將工作氣體去濕。已分離的大約50°C的熱水通過供給泵23a供給到加濕單元18。附加地，例如作為遠(yuǎn)程熱從發(fā)電廠導(dǎo)出的熱可引入到加濕單元內(nèi)。這在圖I中通過換熱器33a示意。
[0029]在根據(jù)圖I的設(shè)備中，蓄熱器14和蓄冷器16(以及根據(jù)圖3的附加蓄熱器）的結(jié)構(gòu)分別相同，且通過根據(jù)蓄冷器16的截面放大圖詳細(xì)解釋。提供了容器，所述容器的壁24提供有具有大孔26的隔熱材料25。在容器的內(nèi)部內(nèi)提供了混凝土 27，所述混凝土 27用作蓄熱器或蓄冷器。在混凝土 27的內(nèi)部，管路28平行走向地鋪設(shè)，工作氣體流過所述管路28且在此放熱或吸熱（根據(jù)運行類型和存儲器類型）。
[0030]根據(jù)圖2和圖3的設(shè)備，詳細(xì)解釋熱力學(xué)蓄能和釋能過程。在圖2中首先圖示了二級蓄能過程，該兩級蓄能過程根據(jù)熱泵的原理工作。在圖2和圖3中圖示了開放的回路，但所述回路如通過點劃線所示意通過使用選擇提供的換熱器17a、17b也可封閉。在圖2和圖3的實施例中由空氣形成的工作氣體的狀態(tài)分別在管道30、31、32上以圓圈圖示。左上側(cè)給出了以巴為單位的壓力。右上側(cè)給出了以kj/kg為單位的焓。左下側(cè)是以。C為單位的溫度，且右下側(cè)給出了以kg/s為單位的質(zhì)量流量。氣體的流動方向通過所涉及的管道內(nèi)的箭頭示意。
[0031]在對于根據(jù)圖2的第二管道31的回路的模型計算中，I巴且20°C的工作氣體到達(dá)(事先蓄能的）附加蓄熱器12內(nèi)，且以80°C的溫度離開所述附加蓄熱器12。通過借助于作為壓縮機工作的第三流體能量機34的壓縮，實現(xiàn)壓力升高為15巴且因此溫度也升高為540°C。此計算根據(jù)如下公式進行：
[0032]T2=T1+ (T2s-T1) / n c J2s=T1 (κ_1)/κ
[0033]其中：
[0034]T2是壓縮機出口處的溫度，
[0035]T1是壓縮機入口處的溫度，
[0036]n c是壓縮機的等熵效率，
[0037]Ji是壓縮比（在此為15:1)，且
[0038]K是可壓縮性，對于空氣取I. 4。
[0039]對于壓縮機，等熵效率Π C可假定為O. 85。
[0040]被加熱的工作氣體現(xiàn)在流過蓄熱器14，在其處存儲可獲得的熱能的主要部分。在存儲期間，工作氣體冷卻到20°C，而壓力（不考慮取決于流動的壓力損失）保持為15巴。然后，工作氣體在第四流體能量機35的兩個串聯(lián)連接的級35a、35b中減壓，使得工作氣體處于I巴的壓力水平。在此，工作氣體在第一級后冷卻到5°C，且在第二級后冷卻到-100°C。此計算的基礎(chǔ)也是以上給出的公式。
[0041]在將具有高壓渦輪機和低壓渦輪機的形式的第四流體能量機的兩個級35a、35b連接的管道31的部分中附加地提供了水分離器29。所述水分離器29實現(xiàn)了在第一次減壓之后的空氣的干燥，使得在空氣中所含有的空氣濕度在第四流體能量機35的第二級35b中不導(dǎo)致渦輪機葉片的結(jié)冰。
[0042]在進一步的行進中，減壓且因此冷卻的工作空氣從蓄冷器16獲取熱且由此加熱到0°C。以此方式將冷能存儲在蓄冷器16內(nèi)，所述冷能可在隨后的能量獲取中利用。對比工作氣體在蓄冷器16的出口處的溫度和在附加蓄熱器12的入口處的溫度，顯見為何對于封閉回路的情況必須提供換熱器17b。在此，可將工作氣體又加熱到環(huán)境溫度20°C，以此從環(huán)境中吸走提供給該過程的熱量。當(dāng)工作氣體直接從環(huán)境中抽吸時此措施當(dāng)然可取消，因為所述工作氣體已具有環(huán)境溫度。
[0043]為使得在回路經(jīng)過第二管道31時可實現(xiàn)通過附加蓄熱器12的預(yù)熱，通過附加管道30實現(xiàn)了附加回路，以所述附加回路可將附加蓄熱器12蓄能。因此，附加蓄熱器12必須可連接在第二管道31的回路上以及附加管道30的回路上。在第二管道31上的連接通過閥I進行，而在附加管道30上的連接通過閥K的打開保證。在流過附加管道30時，空氣附加地導(dǎo)引通過作為壓縮機工作的第五流體能量機36。壓縮的空氣導(dǎo)引通過附加蓄熱器12，其中流通方向根據(jù)示意的箭頭嚴(yán)格地與通過第二管道31形成的回路相反地走向。在空氣從環(huán)境壓力（I巴）和環(huán)境溫度（20°C )通過壓縮機升高到4巴和188°C的溫度之后，空氣通過附加蓄熱器12又冷卻到20°C。然后，空氣通過作為渦輪機工作的第六流體能量機37的級37a、37b在兩級中減壓。在此，在將兩個級37a、37b連接的附加管道30中也提供了水分離器29，所述水分離器29與在第二管道31內(nèi)的水分離器相同地工作。在空氣通過第六流體能量機37減壓之后，空氣處于環(huán)境壓力（I巴）下的_56°C的溫度。因此對于如通過點劃線所圖示的附加管道30的回路應(yīng)構(gòu)造為封閉的情況，必須提供換熱器17c，以使得溫度為_56°C的空氣可以通過向環(huán)境的放熱加熱到20°C。
[0044]第二管道31和附加管道30的回路相互獨立地運行。因此，第三和第四流體能量機通過軸21與馬達(dá)Ml機械聯(lián)接，且第五和第六流體能量機通過另外的軸21與馬達(dá)M2機械聯(lián)接。在風(fēng)力發(fā)電廠設(shè)備22的容量富余的情況中，電能可首先驅(qū)動馬達(dá)M2，以將附加蓄熱器12蓄能。然后，可通過馬達(dá)Ml的運行和同時附加蓄熱器12的釋能將蓄熱器14和蓄冷器16蓄能。然后，可通過馬達(dá)M2的運行也又將附加蓄熱器12蓄能。當(dāng)所有存儲器蓄滿能量時，可進行有效的釋能循環(huán)以獲取電能（對比圖3)。但如果風(fēng)力發(fā)電廠22的容量富余結(jié)束而未給附加蓄熱器12蓄能，則在其中所提供的能量也可以通過另外的熱源替代（對比圖3)。
[0045]也可設(shè)想附加蓄熱器12，所述附加蓄熱器12可通過用于第二管道31和附加管道30的分開的管道系統(tǒng)供給。在此，形成了兩個獨立的回路，而不使用閥I和K。以此方式，附加蓄熱器12也可同時蓄能和釋能。因此，在此情況中也可設(shè)想兩個馬達(dá)M1、M2的同時運行。此運行方案具有兩個優(yōu)點。一方面，也可通過馬達(dá)Ml、M2的同時運行在最大負(fù)荷下獲取風(fēng)力發(fā)電廠22的更大的富余容量，以此產(chǎn)生系統(tǒng)的更大的靈活性。此外，可通過兩個馬達(dá)的同時運行保證三個儲熱器12、14、16總是同時且不相繼地被充滿。因此，當(dāng)電網(wǎng)中不再存在富余容量時且替代地在產(chǎn)生附加的電能需求時，蓄能過程可總是在釋能過程的完全運行能力下停止，
[0046]通過圖3可理解蓄熱器14和蓄冷器16的釋能循環(huán)，其中在發(fā)電機G上產(chǎn)生了電能。對于釋能循環(huán)，第一流體能量機13和第二流體能量機15可供使用，二者在前述蓄能過程（見圖2)中未被利用。這允許了流體能量機的效率優(yōu)化，但也導(dǎo)致設(shè)備采購時的更高的投資成本。因此應(yīng)權(quán)衡在使用附加的流體能量機時的更高的投資成本和獲取效率之間的關(guān)系，該獲取效率通過在使用四個流體能量機時分別優(yōu)化相應(yīng)的工作狀態(tài)而實現(xiàn)。蓄熱器14、蓄冷器16和附加蓄熱器12與在圖2中的情況相同且僅在相反的方向上被流過。因此在圖2和圖3中圖示了相同的設(shè)備，其中由于清晰性原因分別僅圖示了參與運行中的過程的系統(tǒng)部件和管道。此外，點劃線圖示了封閉的回路的替代。
[0047]工作氣體導(dǎo)引通過蓄冷器16。在此，將工作氣體從20°C冷卻到_100°C。此措施用于降低用于驅(qū)動作為壓縮機運行的第一流體能量機的功率輸入。根據(jù)開氏溫度的溫度差，因此功率輸入降低的倍數(shù)為293K/173K=1. 69。在此實施例中，壓縮機將工作氣體壓縮到10巴。在此，溫度升高到89°C。技術(shù)上也可實現(xiàn)直至15巴的壓縮。已壓縮的工作氣體首先流過加濕單元18且然后流過蓄熱器14，且因此在加濕單元內(nèi)加熱到145°C且在蓄熱器14內(nèi)加熱到530°C。然后，工作氣體通過第二流體能量機15減壓，因此所述第二流體能量機在此運行狀態(tài)中作為渦輪機工作。實現(xiàn)減壓到I巴，其中，在第一流體能量機出口處，還存在溫度為201°C的工作氣體。因此，工作氣體還可導(dǎo)引通過蒸發(fā)器單元內(nèi)的換熱器33b以在此處釋放用于將水蒸發(fā)的熱。通過工作氣體的進一步冷卻，實現(xiàn)空氣濕度的至少一個部分通過水分離器17分離。已分離的水還具有大約50°C的溫度，且通過供給泵23b又泵送到加濕單元內(nèi)。已去濕的空氣離開回路且吹出到環(huán)境中。替代地，可建議如通過點劃線所示通過管道32實現(xiàn)封閉的回路。在此情況中，換熱器17a保證用于將仍具有50°C的工作氣體冷卻到環(huán)境溫度（20°C)。換熱器也可用于將新鮮水加熱，所述新鮮水可通過供給泵23c泵送到加濕單元內(nèi)。
[0048]在加濕單元中需要致使供給水蒸發(fā)的熱量。為在此提供附加的能量源，如在圖I中所述可將換熱器33a連接在外部熱源上。在此，外部熱源可以是遠(yuǎn)程熱。但還會有利的是，使用已蓄能的附加蓄熱器12。為此提供了支管38，所述支管38在蓄冷器16前從管道32分支。所述支管38通過附加蓄熱器12且然后通過加濕單元內(nèi)的換熱器33c，使得在附加蓄熱器12內(nèi)存儲的熱能也可提供到加濕單元。支管38在換熱器33c后方通入換熱器33b后方的管道32內(nèi)。因此，工作氣體的質(zhì)量流量在支管38上被分離，其中8. 3kg/s導(dǎo)引通過支管38且4. 8kg/s導(dǎo)引通過蓄冷器16、加濕單元18和蓄熱器14。
【權(quán)利要求】
1.一種用于存儲熱能的設(shè)備，所述設(shè)備具有用于工作氣體的回路，其中在所述回路中如下的單元以給定的次序通過用于工作氣體的管道（11)相互連接： -蓄冷器（16) -第一熱流體能量機（13) -蓄熱器（14)，和 -第二熱流體能量機（15) 其中在所述工作氣體從所述蓄冷器（16)到所述蓄熱器（14)的流通方向上觀察時，所述第一熱流體能量機（13)作為工作機連接且第二熱流體能量機（15)作為原動機連接， 其特征在于， 在所述第一熱流體能量機（13)和所述蓄熱器（14)之間在所述管道內(nèi)提供用于所述工作氣體的加濕單元（18)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，在所述管道（11)內(nèi)在所述第二熱流體能量機后方設(shè)有水分離器（17)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，所述水分離器（17)通過供給管道與所述加濕單元（18)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中一項所述的設(shè)備，其特征在于，從所述第二熱流體能量機導(dǎo)引開的管道（11)導(dǎo)引通過處在所述加濕單元內(nèi)的換熱器（33b)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中一項所述的設(shè)備，其特征在于，在支管（38)內(nèi)提供附加蓄熱器(12)，其中從所述附加蓄熱器（12)導(dǎo)引開的支管（38)導(dǎo)引通過處在所述加濕單元（18)內(nèi)的換熱器（33c)。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中一項所述的設(shè)備，其特征在于，在所述管道內(nèi)，在所述第二熱流體能量機（15)后方提供換熱器（17a)，為所述換熱器（17a)供以用于所述加濕單元（18)的水作為冷卻劑。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中一項所述的設(shè)備，其特征在于，所述蓄熱器（14)通過第二管道(31)接到第三熱流體能量機（34)和第四熱流體能量機（35)之間，其中在所述工作氣體從第三熱流體能量機（34)向第四熱流體能量機（35)的流通方向上觀察時，所述第三熱流體能量機（34)作為工作機連接且第四熱流體能量機（35)作為原動機連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于，在根據(jù)權(quán)利要求7所述的流通方向上觀察時在所述第四流體能量機（35)后方通過所述第二管道（31)連接所述蓄冷器（16)。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中一項所述的設(shè)備，其特征在于，所述附加蓄熱器（12)能夠通過附加管道（30)接到第五熱流體能量機（36)和第六熱流體能量機（37)之間，其中在所述工作氣體從所述第五熱流體能量機（36)向所述第六熱流體能量機（37)的流通方向上觀察時，所述第五熱流體能量機（36)作為工作機連接且所述第六熱流體能量機（37)作為原動機連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至6中一項所述的設(shè)備，其特征在于，所述第一熱流體能量機（13)和所述第二熱流體能量機（16)通過旁通管道（19)這樣地連接，使得所述蓄熱器（14)在所述工作流體的流通方向上處在所述蓄冷器（16)前方。
【文檔編號】F01K3/12GK103842623SQ201280048050
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2012年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月29日
【發(fā)明者】D.雷茲尼克, H.斯蒂斯達(dá)爾 申請人:西門子公司