用于裝載熱分層存儲(chǔ)器的方法和設(shè)備的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于裝載熱分層存儲(chǔ)器(2、3)的方法和設(shè)備，其中，熱泵(6)的處于氣態(tài)的工作流體(4)在至少一個(gè)引入位置(8)處被引入熱分層存儲(chǔ)器(2、3)的液態(tài)熱傳遞媒介(10)中并且與熱傳遞媒介(10)產(chǎn)生直接的物質(zhì)接觸，其中，熱分層存儲(chǔ)器(2、3)中的壓力在引入位置(8)處大于或等于工作流體(4)的冷凝壓力。
【專利說明】用于裝載熱分層存儲(chǔ)器的方法和設(shè)備
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種用于裝載熱分層存儲(chǔ)器的方法和設(shè)備。
[0002] 熱分層存儲(chǔ)器能夠使得能量的產(chǎn)生與其使用在時(shí)間上脫禪。尤其對(duì)于波動(dòng)的能量 源如再生能，運(yùn)種時(shí)間上的脫禪可靠地提供能量，尤其是電能。熱分層存儲(chǔ)器能夠與熱累禪 連，所述熱累在吸收電能的情況下從冷膽存器向熱膽存器累即熱分層存儲(chǔ)器累送熱能（熱 量）。因此，通過使用與熱累禪連的熱分層存儲(chǔ)器，可W使熱能的產(chǎn)生和其向熱消耗器的排 放在時(shí)間上脫禪，由此例如可W補(bǔ)償能量需求中的負(fù)載峰值，從而在整體上改善供能安全 性。
[0003] 通常借助熱累為熱分層存儲(chǔ)器加載或裝載熱量。在此，熱量通過熱傳遞介質(zhì)的壁 傳遞至熱分層存儲(chǔ)器。為了確保從熱累向熱分層存儲(chǔ)器的熱量輸送，需要一定的溫差作為 用于熱量輸送的驅(qū)動(dòng)力。同時(shí)，所述的溫差限制了能從分層存儲(chǔ)器提取的熱量的溫度水平， 也就是其有效值。此外，必須為熱傳遞介質(zhì)的熱傳遞表面提供結(jié)構(gòu)空間，所述結(jié)構(gòu)空間不能 用于存儲(chǔ)熱能。
[0004] 具有帶熱傳遞表面的熱傳遞介質(zhì)的熱分層存儲(chǔ)器借助熱累通過W下方式裝載， 即，熱累的初級(jí)側(cè)上的工作流體吸收溫度水平降低的熱量并且在熱傳遞介質(zhì)內(nèi)部在次級(jí)側(cè) 上將更高溫度水平的工作流體的熱量轉(zhuǎn)換至熱分層存儲(chǔ)器(次級(jí)側(cè))的熱傳遞媒介上。
[0005] 由現(xiàn)有技術(shù)已知，為了吸收熱量，將熱分層存儲(chǔ)器的熱傳遞媒介導(dǎo)引通過次級(jí)側(cè) 上的冷凝器，所述冷凝器與熱累熱學(xué)地禪連。由現(xiàn)有技術(shù)還已知，將熱累的工作流體導(dǎo)引通 過次級(jí)側(cè)上的冷凝器，所述冷凝器在熱分層存儲(chǔ)器內(nèi)部并且與熱分層存儲(chǔ)器的熱傳遞媒介 熱學(xué)接觸。換而言之，熱量總是通過冷凝器從熱累傳遞至熱分層存儲(chǔ)器，熱累的工作流體在 冷凝器中進(jìn)行冷凝，其中，冷凝器在前一種情況下處于熱分層存儲(chǔ)器外部并且在后一種情 況下處于熱分層存儲(chǔ)器內(nèi)部并且總是與熱分層存儲(chǔ)器的熱傳遞媒介熱學(xué)接觸。
[0006] 為了將熱量有效地從工作流體傳遞至熱傳遞媒介，按照現(xiàn)有技術(shù)的冷凝器具有占 較大空間的熱傳遞表面，它們一方面要求較大的結(jié)構(gòu)空間并且另一方面由于較高的投入成 本降低了熱分層存儲(chǔ)器的經(jīng)濟(jì)性。
[0007] 因此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，更好地給熱分層存儲(chǔ)器裝載熱能。
[000引該技術(shù)問題按本發(fā)明通過具有獨(dú)立權(quán)利要求1的特征的方法和通過具有獨(dú)立權(quán)利 要求15的特征的設(shè)備解決。在從屬權(quán)利要求中給出了本發(fā)明的有利設(shè)計(jì)方案和擴(kuò)展設(shè)計(jì)。
[0009] 在按照本發(fā)明的用于裝載熱分層存儲(chǔ)器的方法中，熱累的處于氣態(tài)的工作流體在 至少一個(gè)引入位置處被引入熱分層存儲(chǔ)器的液態(tài)的熱傳遞媒介中并且與所述熱傳遞媒介 產(chǎn)生直接的物質(zhì)接觸，其中，熱分層存儲(chǔ)器中的壓力在引入位置處大于或等于工作流體的 冷凝壓力。
[0010] 按照本發(fā)明，熱累的氣態(tài)的工作流體直接引入熱分層存儲(chǔ)器的液態(tài)熱傳遞媒介 中，由此在熱傳遞媒介與工作流體之間進(jìn)行直接的物質(zhì)接觸。按照本發(fā)明，直接的物質(zhì)接觸 導(dǎo)致氣態(tài)的工作流體冷凝。因此就是運(yùn)種情況，即，熱分層存儲(chǔ)器的壓力在氣態(tài)工作流體的 引入位置上、或者在熱分層存儲(chǔ)器的引入氣態(tài)工作流體的部分區(qū)域內(nèi)大于或等于工作流體 的冷凝壓力。在此，工作流體的冷凝壓力取決于引入位置處的溫度并且可W與所述溫度相 應(yīng)地進(jìn)行調(diào)節(jié)。冷凝壓力指的是熱累的氣態(tài)工作流體從氣態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)的壓力，此時(shí)的溫 度在分層存儲(chǔ)器內(nèi)的工作流體的引入位置處的溫度。換而言之，在引入位置處或者在熱分 層存儲(chǔ)器的部分區(qū)域內(nèi)達(dá)到了氣態(tài)工作流體的冷凝點(diǎn)。
[0011] 通過氣態(tài)工作流體與熱分層存儲(chǔ)器的液態(tài)熱傳遞媒介的直接物質(zhì)接觸和由此進(jìn) 行的工作流體的冷凝，在工作流體冷凝的過程中釋放的冷凝熱量直接傳遞至熱分層存儲(chǔ)器 的熱傳遞媒介上。因此，按照本發(fā)明省去了附加的冷凝器、熱傳遞介質(zhì)和/或熱傳遞表面。通 過按照本發(fā)明地省去冷凝器、熱傳遞介質(zhì)和/或熱傳遞表面，可W避免在所述構(gòu)件之中和/ 或之上的附加熱能損耗，由此提高了熱分層存儲(chǔ)器的效率。
[0012] 氣態(tài)工作流體與熱分層存儲(chǔ)器的液態(tài)熱傳遞媒介的按照本發(fā)明的直接物質(zhì)接觸 的另一優(yōu)點(diǎn)在于，為了有效地傳熱不需要在工作流體和熱傳遞媒介之間存在較高的溫差。 如果借助具有壓縮機(jī)的熱累裝載熱分層存儲(chǔ)器，則可W由此降低壓縮機(jī)處的起始?jí)毫?，?而有利地降低熱累的電能吸收。
[0013] 按照本發(fā)明的用于裝載熱分層存儲(chǔ)器的設(shè)備包括帶有液態(tài)熱傳遞媒介的熱分層 存儲(chǔ)器和帶有工作流體的熱累，其中，熱分層存儲(chǔ)器和熱累運(yùn)樣設(shè)計(jì)和禪連，使得處于氣態(tài) 的工作流體(作為過熱的蒸汽或者飽和蒸汽)在引入位置處被引入熱傳遞媒介中并且與所 述熱傳遞媒介產(chǎn)生直接的物質(zhì)接觸，其中，熱分層存儲(chǔ)器的壓力在引入位置處大于或等于 工作流體的冷凝壓力。
[0014] 按照本發(fā)明的設(shè)備實(shí)現(xiàn)了氣態(tài)的并且之后也冷凝的（液態(tài)的）工作流體與液態(tài)熱 傳遞媒介的直接物質(zhì)接觸。運(yùn)實(shí)現(xiàn)了與已經(jīng)說明的按照本發(fā)明的方法類型相同和對(duì)等的優(yōu) 點(diǎn)。
[0015] 在按照本發(fā)明方法的一種擴(kuò)展設(shè)計(jì)中，在熱分層存儲(chǔ)器中冷凝的工作流體向熱累 回引。
[0016] 通過回引冷凝的并且因此液態(tài)的工作流體，實(shí)現(xiàn)了用于裝載熱分層存儲(chǔ)器的特別 有利的循環(huán)過程。可W規(guī)定，冷凝的工作流體在回引到熱累的工作循環(huán)之前導(dǎo)引通過分離 器，所述分離器分離出存在于冷凝工作流體中的熱傳遞媒介殘余，因此沒有或者幾乎沒有 熱傳遞媒介進(jìn)入熱累的工作循環(huán)。在工作流體冷凝之后進(jìn)行的工作流體與熱傳遞媒介的物 質(zhì)分離并不局限于使用分離器并且可W通過由現(xiàn)有技術(shù)已知的和/或等同的設(shè)備進(jìn)行。
[0017] 按照所述方法的一種有利設(shè)計(jì)方案，所使用的工作流體的密度當(dāng)在所述熱分層存 儲(chǔ)器中冷凝之后大于或等于熱傳遞媒介的密度，其中，始終優(yōu)選更大的密度。
[0018] 冷凝工作流體的相比液態(tài)熱傳遞媒介較大的密度的優(yōu)點(diǎn)是，工作流體可W在熱分 層存儲(chǔ)器的上端部附近引入或置入。通過在熱分層存儲(chǔ)器位置上的重力的作用，相比熱傳 遞媒介密度更大的工作流體在其冷凝之后和/或期間從引入位置下沉至熱分層存儲(chǔ)器的下 端部。在此，如已知的那樣，相對(duì)的詞匯"上"和"下"是參照重力方向而言的。熱分層存儲(chǔ)器 中的熱傳遞媒介通常在其上端部具有最高溫度。
[0019] 冷凝的工作流體的較大密度和由此實(shí)現(xiàn)的工作流體下沉的優(yōu)點(diǎn)在于，工作流體被 過冷卻至熱分層存儲(chǔ)器下端部所具有的溫度，由此W附加的熱量裝載熱傳遞媒介并且因此 裝載熱分層存儲(chǔ)器。
[0020] 另一優(yōu)點(diǎn)在于，冷凝的工作流體通過下沉和由此帶來的與熱傳遞媒介的連續(xù)物質(zhì) 接觸而接近完全地冷凝。在冷凝的工作流體下沉并且匯集到熱分層存儲(chǔ)器下端部(例如底 部)處之后，工作流體可W從該處再回引至熱累。
[0021 ]在本發(fā)明的一種有利的設(shè)計(jì)方案中，對(duì)于液態(tài)的工作流體和液態(tài)的熱傳遞媒介使 用同一種流體。
[0022] 由此可W有利地省去附加的分離器，其例如在工作流體向熱累回引或者向熱消耗 器導(dǎo)引之前將工作流體與熱傳遞媒介分離。
[0023] 在所述方法的一種擴(kuò)展設(shè)計(jì)中，使用運(yùn)樣的工作流體，其在溫度為IOCTC (373.15K)時(shí)的冷凝壓力小于IMPa。
[0024] 在此，在溫度為IOCTC時(shí)具有小于IMPa的冷凝壓力的工作流體稱為低壓流體。運(yùn)種 低壓流體的優(yōu)點(diǎn)是其通過與已知熱分層存儲(chǔ)器的組合而能夠應(yīng)用按照本發(fā)明的方法。因此 就是運(yùn)種情況，因?yàn)榘凑宅F(xiàn)有技術(shù)典型的熱分層存儲(chǔ)器、尤其是水分層存儲(chǔ)器具有小于 IMPa的壓力，所述壓力尤其在0.3MPa至IMPa的范圍內(nèi)。在熱累中使用的典型工作流體，如流 體R134a、R400c或者R410a在100°C時(shí)具有處于2M化至4M化范圍內(nèi)的冷凝壓力。因此，所述工 作流體的冷凝壓力明顯大于通常在熱分層存儲(chǔ)器中的壓力，所W當(dāng)在溫度為l〇〇°C時(shí)引入 工作流體時(shí)，工作流體不會(huì)冷凝。而低壓流體具有在分層存儲(chǔ)器所處壓力范圍內(nèi)的冷凝壓 力，因此其在接觸熱分層存儲(chǔ)器的液態(tài)熱傳遞媒介時(shí)冷凝。
[0025] 特別有利的是運(yùn)些工作流體，它們包括物質(zhì)1，1，1，2，2，4，5，5，5-九氣-4-(S氣甲 基)-3-戊酬(商品名稱Novec?649)、全氣甲基下酬、1-氯-3,3,3-S氣-1-丙締、順-1,1,1,4, 4，4-六氣-2-下締和/或環(huán)戊燒中的至少一個(gè)。
[0026] 按照本發(fā)明，所述物質(zhì)可W與按照現(xiàn)有技術(shù)已知的熱分層存儲(chǔ)器組合使用。例如 Novec?649在溫度為100°C時(shí)具有0.45M化的冷凝壓力、全氣甲基下醇具有0.89M化的冷凝壓 力并且環(huán)戊燒具有〇.42MPa的冷凝壓力。因此，所述流體的冷凝壓力在100°C時(shí)明顯低于例 如Rl 34a的冷凝壓力，Rl 34a具有約為3.97M化的冷凝壓力。
[0027] 所述物質(zhì)的另一優(yōu)點(diǎn)在于其技術(shù)上的可操作性。它們的特征在于良好的環(huán)境兼容 性W及其安全性能，例如無可燃性和非常低的潛在溫室效應(yīng)。一般來說，物質(zhì)Novec?649和 全氣甲基下醇配屬于氣化酬的物質(zhì)族，而環(huán)戊燒配屬于環(huán)燒的物質(zhì)族。
[0028] 按照所述方法的另一有利的設(shè)計(jì)方案，將水用作工作流體。
[0029] 由此可W有利地省去能夠?qū)⒐ぷ髁黧w與熱傳遞媒介分隔開的附加分離器。因此， 對(duì)于只通過水柱的流體靜力學(xué)壓力形成熱分層存儲(chǔ)器內(nèi)壓力的流體靜力學(xué)的熱學(xué)水分層 存儲(chǔ)器，工作流體進(jìn)入熱傳遞媒介的引入位置的高度并不重要。水分層存儲(chǔ)器尤其可W在 其上端部通過所引入的呈氣態(tài)的并且接下來被冷凝的工作流體裝載，由此有利地在水分層 存儲(chǔ)器的裝載與達(dá)到在上端部所期望的溫度之間只形成較小的時(shí)間滯后。
[0030] 在所述方法的另一有利設(shè)計(jì)方案中，所使用的工作流體在(冷凝的)液態(tài)中不能與 液態(tài)的熱傳遞媒介混合。
[0031] 換而言之，冷凝的工作流體和液態(tài)的熱傳遞媒介形成兩相液體，其中的一個(gè)相通 過冷凝的工作流體構(gòu)成，并且另一個(gè)相通過液態(tài)的熱傳遞媒介構(gòu)成。也可W設(shè)置運(yùn)樣的工 作流體，其在液態(tài)中具有與熱傳遞媒介的較小可混合性。
[0032] 通過工作流體和熱傳遞媒介的混合物的兩相存在，能夠W簡單的方式對(duì)所述流體 進(jìn)行物質(zhì)分離。尤其是在冷凝的工作流體與液態(tài)的熱傳遞媒介具有不同的密度時(shí)。例如，已 經(jīng)提到的低壓流體Novec?649、全氣甲基下醇和環(huán)戊燒在特別適合作為熱傳遞媒介的水中 很難溶解并且因此只能少量地與水混合。例如在Novec?649中只溶解20ppm的水。
[0033] 在本發(fā)明的另一種設(shè)計(jì)方案中，氣態(tài)的工作流體借助分配裝置引入熱傳遞媒介 內(nèi)，其中，所述分配裝置在熱傳遞媒介的恒溫層中均勻地分配工作流體。
[0034] 熱分層存儲(chǔ)器，例如水分層存儲(chǔ)器具有相對(duì)于其熱傳遞媒介的溫度分層的結(jié)構(gòu)， 其中，每一層具有確定的溫度和密度。因此，在從熱累的工作流體向熱傳遞媒介進(jìn)行傳熱的 效率方面有利的是，將氣態(tài)的工作流體勻稱或均勻地分配到熱傳遞媒介的層中。詞匯"勻 稱"和"均勻"W及層的溫度或密度總是近似地理解。
[0035] 典型的分層存儲(chǔ)器垂直地相對(duì)于在分層存儲(chǔ)器上作用的重力定向，因此分層存儲(chǔ) 器的單個(gè)層水平地延伸。通過氣態(tài)工作流體在液態(tài)熱傳遞媒介的層中的均勻分布，熱傳遞 媒介與工作流體之間的物質(zhì)接觸表面(接觸表面)增大，由此改善了工作流體向熱傳遞媒介 的熱傳遞效率。
[0036] 通過工作流體在熱分層存儲(chǔ)器的水平層內(nèi)的均勻分布，還實(shí)現(xiàn)了進(jìn)入的工作流體 的動(dòng)量的分布，因此可W防止可能導(dǎo)致層混合的不期望的混合過程。
[0037] 作為分配裝置例如考慮如應(yīng)用在分層存儲(chǔ)器中的水平的分配管系統(tǒng)。在分層存儲(chǔ) 器中已知的分配裝置尤其導(dǎo)致工作流體進(jìn)入熱傳遞媒介的進(jìn)入速度降低(參見G6pper [等 人的Chemie Ingenieur Techidk，2008，80化.3)。此外，可W通過改變分配裝置的進(jìn)入孔的 橫截面積調(diào)節(jié)氣態(tài)工作流體的進(jìn)入速度。進(jìn)入孔的橫截面積調(diào)節(jié)的另一優(yōu)點(diǎn)在于，可W調(diào) 節(jié)形成氣態(tài)工作流體的初始起泡量。
[0038] 在所述方法的一種設(shè)計(jì)方案中，將受控的壓力存儲(chǔ)器用作熱分層存儲(chǔ)器。
[0039] 有利地，可W在受控的壓力存儲(chǔ)器中將熱分層存儲(chǔ)器中的壓力調(diào)節(jié)到確定的壓力 范圍內(nèi)。通過調(diào)節(jié)壓力存儲(chǔ)器中的壓力，可W是壓力存儲(chǔ)器中的壓力與工作流體的冷凝壓 力適配，因此可W與引入位置處的溫度無關(guān)地進(jìn)行工作流體的冷凝。由此例如可W在設(shè)置 得盡可能高的分層存儲(chǔ)器引入位置處引入氣態(tài)的工作流體。在此，分層存儲(chǔ)器或者壓力存 儲(chǔ)器的層溫度與層高度關(guān)聯(lián)，因此盡可能高的引入位置相當(dāng)于盡可能高的溫度。
[0040] 在所述方法的另一有利的設(shè)計(jì)方案中，在引入熱累的壓縮機(jī)之前，由熱分層存儲(chǔ) 器向工作流體輸入熱量。
[0041] 運(yùn)尤其在應(yīng)用具有懸垂的冷凝曲線的工作流體時(shí)是有利的。因此，對(duì)于運(yùn)種工作 流體所需的熱量可W從熱分層存儲(chǔ)器中提取，所述熱量用于使工作流體在進(jìn)入壓縮機(jī)之前 過熱。
[0042] 在本發(fā)明的另一種有利設(shè)計(jì)方案中，由熱累的蒸發(fā)器借助分滴器將分離的熱傳遞 媒介回引至熱分層存儲(chǔ)器。
[0043] 通過工作流體與熱分層存儲(chǔ)器的熱傳遞媒介的直接物質(zhì)接觸，原則上不能避免熱 傳遞媒介進(jìn)入工作流體中并且因此進(jìn)入熱累內(nèi)部的工作流體循環(huán)中。因此，沒有（隨之)蒸 發(fā)的液態(tài)熱傳遞媒介匯集在熱累的蒸發(fā)器中。匯集在蒸發(fā)器中的熱傳遞媒介有利地借助分 滴器從蒸發(fā)器中提取出來并且回引至熱分層存儲(chǔ)器。
[0044] 按照本發(fā)明的一種有利的設(shè)計(jì)方案，將熱傳遞媒介導(dǎo)引至熱消耗器W利用熱傳遞 媒介的熱量，其中，當(dāng)在熱消耗器中使用之前將熱傳遞媒介導(dǎo)引通過分離器。
[0045] 尤其在從熱分層存儲(chǔ)器中直接提取熱傳遞媒介時(shí)規(guī)定，將熱傳遞媒介導(dǎo)引通過分 離器。在直接提取熱傳遞媒介時(shí)，通過工作流體與熱傳遞媒介的按照本發(fā)明的物質(zhì)接觸，有 一部分工作流體隨著熱傳遞媒介排出。在此，工作流體的排出可W呈小滴狀地(乳狀液)或 者也可W作為溶解在熱傳遞媒介中的組成部分(溶液)進(jìn)行。
[0046] 通過分離器有利地確保了工作流體的排出部分不會(huì)到達(dá)熱消耗器并且必要時(shí)可 W回引至熱分層存儲(chǔ)器和/或熱累。適用于分離的例如是主動(dòng)的小滴分離器和/或聚焦分離 器。阻礙工作流體排出的另一可能性是由于熱消耗器的溫度降低而使工作流體在熱傳遞媒 介中的溶解度降低。對(duì)于在較高溫度時(shí)具有較高溶解度的混合物就是運(yùn)種情況。通過熱消 耗器溫度的降低，工作流體被分離出并且因此可W與熱傳遞媒介在物質(zhì)上分隔開。
[0047] 在為熱消耗器間接地例如通過熱傳遞器提取熱量時(shí)，可W省去運(yùn)種處于熱消耗器 側(cè)面的將工作流體與熱傳遞媒介分隔開的分離器。
[0048] 按照本發(fā)明的另一有利的設(shè)計(jì)方案，在熱分層存儲(chǔ)器中使用相變物質(zhì)（英語： Phase Qiange MateriaLPCM) W存儲(chǔ)熱能。
[0049] 因此，分層存儲(chǔ)器包括兩個(gè)熱傳遞媒介，其中，另一熱傳遞媒介設(shè)計(jì)為相變物質(zhì)。 相變物質(zhì)或者相變存儲(chǔ)器是優(yōu)選的，因?yàn)樗鼈兡軌虻蛽p耗地W多個(gè)重復(fù)循環(huán)并且在較長的 時(shí)間段內(nèi)存儲(chǔ)熱能。尤其優(yōu)選烙點(diǎn)（相變溫度)小于工作流體(在冷凝壓力中）的冷凝溫度的 相變物質(zhì)。例如，工作流體的冷凝溫度可W是130°C，因此相變物質(zhì)的烙點(diǎn)優(yōu)選是125°C。因 此優(yōu)選的是，烙點(diǎn)最多比冷凝溫度小5%。
[0050] 分層存儲(chǔ)器優(yōu)選可W包括其它固態(tài)的熱傳遞媒介。在此，可W使固體熱傳遞媒介 的多孔性與目的適配。例如，多孔性可W選擇為，使得具有比液態(tài)熱傳遞媒介更大的密度的 冷凝工作流體能夠下沉。
[0051] 本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)、特征和細(xì)節(jié)由W下描述的實(shí)施例W及根據(jù)附圖得出。在附圖 中：
[0052] 圖1示出與熱累禪連的壓力存儲(chǔ)器，其中，熱累的工作流體直接引入壓力存儲(chǔ)器的 熱傳遞媒介中；并且
[0053] 圖2示出與熱累禪連的流體靜力學(xué)的壓力存儲(chǔ)器，其中，熱累的工作流體又直接引 入壓力存儲(chǔ)器的熱傳遞媒介中。
[0054] 相同類型的元件在附圖中配設(shè)有相同的附圖標(biāo)記。
[0055] 圖IW示意圖示出受控的壓力存儲(chǔ)器2,其與熱累6運(yùn)樣禪連，使得熱累6的工作流 體4通過處于壓力存儲(chǔ)器2的高度8處的分配裝置12分配到熱傳遞媒介10中，所述熱傳遞媒 介與工作流體12直接物質(zhì)接觸。
[0056] 熱累6包括壓縮機(jī)14、蒸發(fā)器16、膨脹閥20、分離器18、分滴器15和止回閥22。工作 流體4在熱累6中逆時(shí)針36地循環(huán)。
[0057] 在圖1中還可見膨脹箱24、累28、另一膨脹閥30和用于熱傳遞媒介10的儲(chǔ)存容器 26。所述構(gòu)件24、26、28、30用于調(diào)節(jié)壓力存儲(chǔ)器2和/或熱傳遞媒介10。在圖1所示的實(shí)施例 中，將水用作熱傳遞媒介10。
[0058] 氣態(tài)的工作流體4在壓縮機(jī)14之后在壓力存儲(chǔ)器2的高度8處通過分配裝置12引入 熱傳遞媒介10中并且因此與熱傳遞媒介10直接物質(zhì)接觸。在此，壓力存儲(chǔ)器2在引入高度8 的溫度例如為130°C。如果例如將Novec?649用作工作流體，則壓力存儲(chǔ)器2中的壓力至少為 0.9MPa，由此使氣態(tài)的工作流體4直接地冷凝。
[0059] 受控的壓力存儲(chǔ)器2的優(yōu)點(diǎn)在于，可W在壓力存儲(chǔ)器2的盡可能熱的位置引入工作 流體4。運(yùn)可因此是運(yùn)種情況，即，通過壓力存儲(chǔ)器2中壓力的適配，可W總是超過在引入高 度8處的工作流體4的冷凝壓力。一般來說，在具有最大可能溫度的位置從壓力存儲(chǔ)器2中提 取熱量用于未示出的熱消耗器。通過在所述的位置上引入工作流體4,壓力存儲(chǔ)器2可W在 較小的熱裝載狀態(tài)下有效地并且立即達(dá)到熱消耗器所要求的溫度。
[0060] 在圖1所示的實(shí)施例中，可W將Novec?649用作工作流體4,其密度約為1300kg/m3。 作為熱傳遞媒介10使用水10,其密度為lOOOkg/m3,因此工作流體4的密度大于熱傳遞媒介 10的密度。通過工作流體4的相比熱傳遞媒介10更大的密度，工作流體4通過重力100的作用 下沉到壓力存儲(chǔ)器2的底部9。通過工作流體4下沉到壓力存儲(chǔ)器2的底部9,工作流體4有利 地被過冷卻至壓力存儲(chǔ)器2的底部9的溫度，因此可W從工作流體4中提取附加的熱量。由 Novec?649和水的較小可混合性形成了工作流體4的沉積在底部9上的相，其隨即可W在壓 力存儲(chǔ)器2的底部9上被提取并且通過分離器18回引到熱累6的工作循環(huán)36中。通過(液體） 分離器1如角保了不會(huì)有熱傳遞媒介10從壓力存儲(chǔ)器2進(jìn)入熱累6的工作循環(huán)36。
[0061 ]如果使用具有小于水10的密度的工作流體4,例如密度為650kg/m3的環(huán)戊燒 (Cs化0)，則工作流體4在冷凝之后向上升并且因此必須在壓力存儲(chǔ)器2的上端部提取。
[0062] 止回閥22防止了熱傳遞媒介10排入壓縮機(jī)14并且由此進(jìn)入熱累6的工作循環(huán)36。
[0063] 圖2示出按照本發(fā)明方法的備選實(shí)施形式，其中，取代受控的壓力存儲(chǔ)器2使用流 體靜力學(xué)的壓力存儲(chǔ)器3。熱累6在此包括已經(jīng)在圖1中顯示并且討論的元件。
[0064] 與壓力存儲(chǔ)器2不同，在流體靜力學(xué)的壓力存儲(chǔ)器3中，存儲(chǔ)器3內(nèi)部的壓力只通過 熱傳遞媒介10、在此情況下是水10的流體靜力學(xué)壓力產(chǎn)生。換而言之，壓力存儲(chǔ)器3中的壓 力只通過水10的液柱產(chǎn)生。如果再次將Novec?649作為工作流體4在110°C的溫度時(shí)引入流 體靜力學(xué)的壓力存儲(chǔ)器，則為了使工作流體4冷凝需要至少0.6M化的壓力。由此，必須運(yùn)樣 選擇工作流體4進(jìn)入壓力存儲(chǔ)器3的引入位置或引入高度8，使得在工作流體4的引入高度8 之上必須有至少50m的水10。一般來說可W與工作流體4的引入高度8相應(yīng)地選擇壓力。
[0065] 為了進(jìn)一步提高流體靜力學(xué)的壓力存儲(chǔ)器3中的壓力，而不提高熱傳遞媒介10的 液柱或者降低引入高度8,在壓力存儲(chǔ)器3的上端部設(shè)置冷水層32。所述冷水層32通過分隔 裝置34與流體靜力學(xué)的壓力存儲(chǔ)器3的水10分隔開。通過在流體靜力學(xué)的壓力存儲(chǔ)器3的上 端部設(shè)置冷水層32,確保了引入高度8處的壓力超過了工作流體4在其引入時(shí)的冷凝壓力并 且工作流體4進(jìn)行冷凝。因此，可W將工作流體4的引入高度8設(shè)置得更高，由此可W提高引 入高度8處的溫度。
[0066] 如圖1已經(jīng)闡述的，工作流體4W其與熱傳遞媒介10相比更大的密度通過重力100 的作用下沉到流體靜力學(xué)的壓力存儲(chǔ)器3的底部9上。工作流體可W從該處再通過分離器18 輸入熱累6的工作循環(huán)36中。如果熱傳遞媒介10的密度大于工作流體4的密度，則規(guī)定在流 體靜力學(xué)的壓力存儲(chǔ)器3的上端部提取工作流體4。
[0067] 即使通過優(yōu)選的實(shí)施形式在細(xì)節(jié)中詳細(xì)地說明和描述了本發(fā)明，但本發(fā)明并不受 到所公開的實(shí)施例的限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員也可W由此推導(dǎo)出其它變型方案，只要不背離 本發(fā)明的保護(hù)范圍即可。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于裝載熱分層存儲(chǔ)器(2、3)的方法，其中，熱栗(6)的處于氣態(tài)的工作流體(4) 在至少一個(gè)引入位置(8)處被引入熱分層存儲(chǔ)器(2、3)的液態(tài)的熱傳遞媒介（10)中并且與 所述熱傳遞媒介（10)產(chǎn)生直接的物質(zhì)接觸，其中，熱分層存儲(chǔ)器(2、3)中的壓力在引入位置 (8)處大于或等于工作流體(4)的冷凝壓力。2. 按權(quán)利要求1所述的方法，其中，在熱分層存儲(chǔ)器(2、3)中冷凝的工作流體(4)向熱栗 (6)回引。3. 按權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，所使用的工作流體(4)的密度當(dāng)在所述熱分層存 儲(chǔ)器(2、3)中冷凝之后大于或等于熱傳遞媒介(10)的密度。4. 按前述權(quán)利要求之一所述的方法，其中，處于液態(tài)的工作流體(4)與所述熱傳遞媒介 (10)是相同的流體。5. 按前述權(quán)利要求之一所述的方法，其中，在溫度為100°C時(shí)，工作流體(4)的冷凝壓力 小于IMPa。6. 按前述權(quán)利要求之一所述的方法，其中，所使用的工作流體(4)包括物質(zhì)1，1，1，2,2， 4,5，5,5-九氟_4_(二氟甲基)_3_戊酮、全氟甲基丁酮、1-氯-3，3，3-二氟-1-丙稀、順-I，1， 1，4，4，4-六氟-2-丁烯和/或環(huán)戊烷中的至少一種。7. 按權(quán)利要求1至5之一所述的方法，其中，將水用作工作流體(4)。8. 按權(quán)利要求1至6之一所述的方法，其中，所使用的工作流體(4)在液態(tài)中不能與熱傳 遞媒介（10)混合。9. 按前述權(quán)利要求之一所述的方法，其中，氣態(tài)的工作流體(4)借助分配裝置（12)引入 熱傳遞媒介（10)內(nèi)，其中，所述分配裝置（12)在熱傳遞媒介（10)的恒溫層中均勻地分配工 作流體(4)。10. 按前述權(quán)利要求之一所述的方法，其中，將受控的壓力存儲(chǔ)器(3)用作分層存儲(chǔ)器 ⑶。11. 按前述權(quán)利要求之一所述的方法，其中，在引入熱栗(6)的壓縮機(jī)（14)之前，由熱分 層存儲(chǔ)器(2、3)向工作流體(4)輸入熱量。12. 按前述權(quán)利要求之一所述的方法，其中，由熱栗（6)的蒸發(fā)器（16)借助分滴器（15) 將分離的熱傳遞媒介(10)回引至熱分層存儲(chǔ)器(2、3)。13. 按前述權(quán)利要求之一所述的方法，其中，將熱傳遞媒介（10)導(dǎo)引至熱消耗器以利用 熱傳遞媒介的熱量，其中，當(dāng)在熱消耗器中使用之前將熱傳遞媒介(10)導(dǎo)引通過分離器。14. 按前述權(quán)利要求之一所述的方法，其中，在熱分層存儲(chǔ)器(2、3)中使用相變物質(zhì)以 存儲(chǔ)熱能。15. -種設(shè)備，包括帶有液態(tài)熱傳遞媒介（10)的熱分層存儲(chǔ)器（2、3)和帶有工作流體 (4)的熱栗(6)，其中，熱分層存儲(chǔ)器(2、3)和熱栗(6)這樣設(shè)計(jì)和耦連，使得處于氣態(tài)的工作 流體(4)在引入位置(8)處被引入熱傳遞媒介（10)中并且與所述熱傳遞媒介（10)產(chǎn)生直接 的物質(zhì)接觸，其中，熱分層存儲(chǔ)器(2、3)的壓力在引入位置處大于或等于工作流體(4)的冷 凝壓力。
【文檔編號(hào)】F24H4/00GK105917187SQ201580004928
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2015年1月21日
【發(fā)明人】U.倫克, F.雷斯納, J.謝弗, A.特里梅爾
【申請(qǐng)人】西門子公司