具体实施方式

本发明利用包括容纳固体粒状材料的容积体的储热容器的储热系统，并且特别涉及通过使用防止在储存容器中形成较热或较冷的区域并允许在固体粒状材料与传热流体之间进行高效热传递的过程而提出一种在不需要嵌入式管道的情况下向这样的储存容器传递能量和/或从这样的储存容器提取能量的有效方式来对储热容器进行充热和/或放热的设备和方法。

根据本发明的储热系统包括输入系统、储热容器和输出系统。此外，本发明可以包括用于回收不同百分率的所使用的传热流体的系统，以及用于从储热容器中移出所有传热流体的系统，这对于维护或寿命终止解构而言是优选的。

输入系统包括用于在储热容器中在接近或低于环境压力的压力下产生(多种)传热液体的饱和蒸气的系统。典型的实现方式是具有一级流体回路(热源)和要被蒸发以穿过热交换器的传热流体，该热交换器将热量从热源传递到传热流体，从而使传热流体蒸发。然后，蒸发的传热流体作为蒸气进入储热容器。替代地，传热流体可以通过输入的热源而过热，以使其保持液态直到其被引入到储热容器102中，并且在其被引入储热容器中之时或之后不久至少部分地蒸发。这后一种布置与在输入系统中包括蒸发装置相比能够使设备更简单。

储热容器包括粒状材料的容积体，其中所述材料的颗粒优选是无孔的。材料的粒状特性将确保在颗粒之间形成空隙，使得空隙形成互连的网格，来自输入系统的传热流体可以流过该网格。如果颗粒不是多孔的并且颗粒的温度低于传热流体的沸点，则蒸发的传热流体将凝结在颗粒的表面上，从而释放出流体的蒸发热，该蒸发热被颗粒吸收，从而储存热量。在凝结之后，现在的液态(并因此更致密的)的传热流体将被收集在容器的底部(借助于重力)，并通过机械方式(例如，通过泵)被移出。以液相而不是以气相移出的传热流体的百分率越高，系统的热力学效率越高。

当通过这种吸热的颗粒达到接近所述传热流体的沸点的温度时，该过程将不再能够将能量从蒸发的传热介质移动到储热容器。然而，通过采用串联使用的具有不同沸点的多种传热液体，可以将热量传递到储存器，直到储存器达到具有最高沸点的传热流体的沸腾温度。在输入系统中不使用具有高沸点的单一流体的原因是，在传热流体越冷时，典型的热源(例如，集中式太阳能发电厂)向传热流体传递热量时更有效。该温度将由使用的传热液体的沸点设定，因为热源液体将不会冷却到低于热交换器中的传热流体的沸点。通常通过储热器的温度监控来进行要引入哪种传热流体的控制和选择。通过使用气相流体的凝结将热量传递到容器，可获得优于使用管道系统的三个主要优点。首先，在储热器中不需要管道，从而显著降低了容器的成本。其次，可以调整储存器的粒度以得到系统的不同的输入/输出功率(通过控制系统的表面体积比)。最后一个主要优点是，这样的系统相对于储热器的温度分布是自调平的。这种效果归因于蒸发的传热流体凝结时的体积变化。考虑到储热器的较冷的容积体，该容积体中的凝结速率会更高，因此针对该容积体的质量流将增加，从而增大该特定的较冷的容积体的加热速率，直到温度与容积体的其余部分相同。考虑到不同的传热流体根据储存器温度的交换，该特征尤为重要。如果供应的高比例的蒸发的传热液体不凝结(或被更高蒸发点的流体重新蒸发)，将降低系统的热传递效率。因此，对温度的良好的容积控制是系统的重要特征，这在此通过使用热传递过程(蒸发/凝结)来实现，这还引起体积和密度的变化。

此外，已经发现，在热传递期间减小储热容器中的残余空气压力(即，来自不可凝物质的气体压力贡献)大大提高了内部热传递速率。这归因于传热流体的增加的蒸发和凝结速率，以及蒸发液体在储存器中较冷区域和较热区域之间的增加的扩散速率。

此外，已经开发出一种用于保持系统中的低残余空气压力的系统。在低于大气压的压力下运行的大多数系统都会有少量泄漏，导致空气进入系统，从而缓慢增大残余空气压力，这将随着时间减少内部热传递。通过使用直接连接至系统的标准真空泵，将排出残余的空气和传热流体(在某种程度上)，这不是优选情况。但是，通过在储存器和真空泵之间插入保持在环境温度下的狭长的管道，在将真空泵放置在高于储存器的位置的情况下，有效流体会由于重力而凝结在管道中并作为液体返回至储存器，其可以使用储热器的常规回收系统进行回收，而残余的空气在环境温度下不会凝结并因此被排出。为了使被抽出的有效流体进一步最少化，可以将管道或其一部分主动冷却至有效流体的蒸气压力更低的温度。

系统的另一个特征是，储热容器颗粒优选不应是多孔的，因为可能会在材料的孔中发生凝结，这在很大程度上会防止凝结的液体向下流到机械式液体收集系统。如果防止了向下流动，一旦使用下一种传热流体(处于更高温度)，则液体将再次蒸发，结果是热力学效率较差。此外，可能还需要在系统中使用更大体积的(通常昂贵的)传热流体，从而导致系统更昂贵。一种进一步减少对传热流体的需求的方法和一种改善系统的充热/放热特性的方法是对颗粒进行表面处理，使得液态传热流体在表面上形成液滴，从而更快地流走。

输出系统的工作方式与输入系统相反；在容器顶部提供液态传热流体的喷淋装置。一旦液态传热液体与储热容器的热颗粒发生接触，液态传热介质将蒸发，从而吸收能量并且体积增大。体积增大将使蒸发的传热液体从储热容器(其被设计为承受高超压，例如大于1巴的表压力/2巴的绝对压力，但对气体密封)逸出到输出热交换器系统，其中热的且蒸发的传热流体将凝结，从而传递蒸发热用于另一个过程(例如，汽轮机中的水/蒸气或有机朗肯循环(ORC)系统中的压力流体)，或传递到蒸气发生器中的水/蒸气。在热交换器中凝结之后，液态流体可以在循环过程中再次进入容器。一旦储热容器的温度达到流体的沸点，就必须使用更低沸点的流体。不开始使用最低沸点的液体的原因是提取热能的温度(其等于所用流体的沸点)通常应尽可能高，例如，以确保在卡诺循环过程中更高的发电效率(例如，汽轮机/ORC发生器)。

由于系统可以同时在输入和输出系统中使用多种传热流体，因此有利的是包括用于分离并分别地储存不同的传热液体的机构，因此它们可以在两个系统中以最佳的热力学方式多次使用。

该系统的另一特征是，将传热液体分别从输入系统移动到容器以及从容器移动到输出系统不需要使用机械泵。输出系统中从液态到气态的相变及引起的膨胀驱动传热流体穿过气体出口。输入系统中从气态到液态的相变导致体积减小，这进一步将气态传热液体吸入容器中。此外，通过相应地设置容器的入口和出口，可以使用重力分别从容器或输出系统中收集凝结的液体。

储热容器的典型的实现方式是使用具有相对较窄尺寸范围的石料或岩石。典型的尺寸(取决于需要多快提取能量以及容器的体积有多大)将在10-500mm的范围内。典型的尺寸范围是直径的+/-50％，以在颗粒周围形成所需的空隙网络，因为具有非常宽的尺寸分布通常会导致紧密堆积的结构。此外，这也将取决于本地的材料来源。另一种实现方式可以是将金属容器与内部的相变材料一起使用。这会增加成本，但是允许在所述相变材料的相变温度下储存更多的能量。这在容器的体积受到限制的情况下可能是优选的方案。

所公开的储热器的优点是将粒状的无孔的材料与使用具有不同沸点的多种传热液体的热能的输入和输出的蒸发/凝结过程结合，这通过强制流动(没有任何体积变化)解决了控制粒状材料中的热量分布的挑战，并且通过仅使用单种液体解决了具有有限的热力学效率的问题。此外，使用多种传热流体增加了储热系统的可能的工作温度范围，而无需将储热系统设计为在明显的超压下运行，因为一旦超过给定的传热流体在环境压力下的沸点，在环境压力下具有更高沸点的另外的传热流体就可以用于增加储热系统可以达到的最大储存温度。因此，降低了系统的成本和复杂性。

本发明还优选涉及一种储热器，其中由于分别与所述储热容器和/或输入和/或输出系统中的传热流体的所述相变相关联的体积变化，所述相变驱动所需的质量传输，从而避免使用机械泵来使蒸发的传热液体分别在无孔的粒状材料与输入和/或输出系统之间移动。

本发明还涉及一种储热器，其中颗粒的后退接触角为至少45度，更优选大于50度，更优选大于55度，更优选大于60度，更优选大于65度，更优选大于70度，更优选大于75度，更优选大于80度，更优选大于85度，最优选大于90度，并且优选其中接触角是粒状材料的表面处理过程形成的。

本发明还涉及一种储热器，其中所述储热容器优选被设计为在小于1巴的超压下被最大加压，更优选小于0.5巴的超压，更优选小于0.25巴的超压，更优选小于0.1巴的超压，最优选不被设计为在高于环境压力下被加压。类似地，本发明的方法优选在传储热容器中在1巴的超压(即，1巴的表压力、2巴的绝对压力)的最大压力下进行，更优选在小于0.5巴的超压下进行，更优选在小于0.25巴的超压下进行，更优选在小于0.1巴的超压下进行，最优选在与环境压力相比储热容器的压力没有增加的情况下进行。

此外，本发明优选涉及一种储热器，其中工作温度在环境温度至500℃的范围内。适当地，在本发明中固体粒状材料的容积体可以被加热到的最高温度是250℃或300℃或350℃或400℃或450℃，例如475℃或500℃。

此外，本发明涉及一种储热器或一种对储热器进行充热和/或放热的方法，其中所使用的多种传热流体具有不同的沸点，并且在所述储热器的充热和放热期间依次使用。

本发明还涉及一种储热器或一种对储热器进行充热和/或放热的方法，其中所使用的传热流体具有基于压力的沸点，并且压力是可变的，以根据所述储热器的温度状态来设定所述传热流体的沸点。

此外，本发明涉及一种储热器，其不具有用于在所述输入系统、所述储热容器和所述输出系统之间泵送传热流体的任何气相机械泵。

蒸发热是指蒸发焓。

有效流体是指用于通过输入系统中的蒸发和储存器中的凝结将热量从热源传递至储存器的传热流体，或者用于通过储存器中的蒸发和输出系统中的凝结将热量从储存器传递至输出系统的流体。

来自不可凝物质的气体压力贡献是指系统中惰性气体的压力，例如在储热器的工作温度窗口中未蒸发或凝结的大气的空气、氮气或其他气体的压力。这也被称为“残余空气压力”。

凸形的颗粒是指颗粒的形状，其中不会有大量的液体聚集在颗粒表面上的凹陷区域中，因此大量的液体将由于液体中的重力拉力而流走。就本申请而言，如果可以小于颗粒的体积的1％的液体体积收集在颗粒的凹陷的表面区域中，则将颗粒限定为凸形的。

粒状是指由能够形成机械稳定的聚集体的各个内聚部分组成的材料，其中在各个颗粒之间具有空隙(或空气)。

给定物体的直径是指具有相同的质量和密度的球形物体的等效直径。因此，对由直径限定的粒状材料的尺寸范围的要求并不意味着粒状材料需要由球形物体组成。

尺寸分布是指物体的尺寸的相对扩展量。该分布可以遵循正态分布或其他分布，并且该扩展量被限定为等于该扩展量内具有95％的对象的两个标准偏差。

加压是指被设计为能够在显著的内部超压下机械稳定的构造。在本文中，这种显著被限定为超过1巴的超压。

相变材料是指在特定温度下在固相和液相之间变化的材料。

传热流体是指能够为液态和气态的流体，其中通过相变在相关联的蒸发焓下将这两种状态分开。

热力学效率是指从输入到输出系统的能量质量损失(或熵增益)。例如，在传热流体与固体材料颗粒之间的温度梯度非常大的情况下，流体与颗粒之间在热传递方面的温度损失较大，因此传递的热力学效率较低。另一方面，在温度梯度小但足以在足够给出可接受的传递速率的程度上使传热流体在与颗粒接触时进行相变的情况下，传递的热力学效率要高得多，并且伴随转移的温度损失要少得多。

沸点是指在大气压下的沸点。

“X与Y流体连接”是指在元件X和元件Y之间提供流体流动路径。

现在将参照附图更详细地描述根据本发明的方法和设备。附图示出了实现本发明的一种方式，并且不应被解释为限制于落入所附权利要求书范围内的其他可能的实施方式。

图1描绘了根据本发明的储热系统100的实施方式，其包括根据本发明的储热容器102。当所提供的各种入口和出口关闭时，储热容器102基本上是气密的。储热容器可以由适合于在温度和压力方面承受使用条件的任何材料制成，并且适合的材料包括混凝土或金属。为了在本发明的上下文中使用，不需要将储热容器设计为承受大的正超压，因为没有设想将容器加压到明显高于大气压的压力，例如超过1巴的表压力。

储热容器还包括防止来自容器的热损失的隔层104，其中合适的隔层是诸如矿物棉、玻璃棉或岩棉以及其他陶瓷棉或岩棉的材料，或者是本领域技术人员众所周知的其他合适的材料。

在储热容器102内设有固体粒状材料108的容积体106，其通过从输入的传热流体接收热量引起传热流体从气态到液态的相变而储存热量，并且在需要所储存的热量时通过将热量传递到输出的传热流体引起传热流体从液态到气态的相变。

为了使固体粒状材料可以执行这种功能，优选地，固体粒状材料至少在其表面上并且优选遍及每个颗粒都是无孔的材料，使得在固体粒状材料的表面上通过的传热流体不会在任何显著的程度上被捕获在材料的孔内。此外，优选固体粒状材料具有大体凸形的形状，以再次防止传热流体聚集在材料颗粒表面的凹陷区域或凹槽中。由于这些原因，优选的是，固体粒状材料能够在传热流体可进出的材料颗粒的孔内容纳小于颗粒的体积的1％的体积的传热流体。类似地，固体粒状材料优选具有的形状允许小于颗粒的体积的1％的体积的传热流体占据颗粒表面的凹部或凹槽区域。为了这些限定的目的，认为孔的直径小于10mm，并且颗粒表面上的凹陷区域或凹槽区域被认为具有10mm或更大的直径，因为前一个尺寸被认为允许通过孔施加的毛细作用力将液体保持在颗粒表面上，而这不适用于较大的凹陷区域或凹槽区域。

还优选固体粒状材料是无孔的，以提高每个颗粒的储热能力。

因此设想的是通过传热流体与固体粒状材料表面之间的接触产生热传递，并且传热流体能够在储热容器102内的固体材料颗粒的表面上自由通过。因此，必须将固体粒状材料的尺寸和形状选择为允许传热流体在材料的固体颗粒周围和之间自由流动。本发明人已经发现，材料颗粒的直径在10至500mm之间是合适的，例如大于10mm以上至500mm，例如10至300mm，或10mm以上至300mm。例如，可以选择150mm的平均直径。此外，优选的是固体材料的颗粒的直径相对均匀，并且颗粒直径的最大范围将是选择的颗粒直径的±50％。例如，如果选择平均颗粒直径为150mm，则可以允许直径扩展75mm，并且优选颗粒直径变化量为50mm。为了在储热容器中的固体材料颗粒之间提供适当比例的空隙以使传热流体从中通过，储热容器内的固体粒状材料在储热容器内提供的固体粒状材料的总体积内的填充率适当地在0.5至0.9的范围内，其中优选值为0.75。颗粒之间的空隙的平均宽度可以适当地在10至30mm的范围内。

优选的是，粒状材料的表面是相对光滑的表面，其促进传热流体的液滴从该表面滚落，以使传热流体在固体粒状材料的容积体内的循环最大化。适当地，各个颗粒的表面粗糙度R_a(表面轮廓的算术平均偏差)可以小于25nm。粒状材料的表面与传热流体之间的后退接触角可以适当地为至少45°，例如为至少50°，例如为至少55°，例如为至少60°，例如为至少65°，例如为至少70°，例如为至少75°，例如为至少80°，例如为至少85°，例如为至少90°。虽然对于给定的表面、流体和液滴尺寸的组合可以测量滚落角(即，流体的液滴从表面滚落的角度)，但与滚落角有关的后退接触角更好限定并且测量更可靠。后退接触角是液体与已经被液体润湿并且处于正在被去湿的过程中的固体之间的接触角。可以通过在液滴形状分析中减小已经定位的固着液滴的体积来适当地确定后退接触角，其中手动地或用电动活塞减小液滴的体积。同时，记录并评估图像。进行这种测量的合适仪器包括可从KrussScientific(www.kruss-scientific.com)获得的DSA100。

许多材料固有地在它们的表面上具有大的后退接触角。然而，在所选择的固体粒状材料的表面并非自然地具有适当大的后退接触角的情况下，可以对颗粒进行表面处理以将接触角增加至期望值。合适的表面处理可能包括用例如FDTS(全氟十二烷基三氯硅烷)、硅酮或硅氧烷涂覆固体材料颗粒。再者，除了上述益处之外，优选将无孔的材料用于固体粒状材料，以使用较少的表面处理材料。然而，在所选材料比需要的具有更多孔的情况下，可以通过用如上所述的涂层进行表面处理来在某种程度上改善该材料的性能，因为这些处理可以减小将液体保持在孔中的毛细作用力，从而使液体比没有表面处理的情况更自由地流过颗粒表面。

在要使用的一种或多种传热流体(例如导热油)昂贵的情况下，对固体材料颗粒的表面光滑、无孔且凸形的要求尤为重要，因为希望最大程度地减小流体循环期间由于残余在颗粒表面和/或孔内的油而导致的损失。然而，在可以使用不太昂贵的传热流体的情况下，可以承受颗粒表面的更高的孔隙度、凹度和/或粗糙度，因此可以承受流体在循环期间更高的损失。

适当地，固体粒状材料可以从岩石颗粒或矿物颗粒中选择。应该选择适合经受多次加热和冷却循环达到所需最大储存温度而不会破碎成明显更小的碎片或分解的材料。预期对于大多数岩石颗粒或矿物颗粒而言使用高达500℃的温度不会引起这样的问题。用于固体粒状材料的合适的天然岩石或天然矿物材料可以是花岗岩、玄武岩、大理石、金刚石、石英、燧石或其他类似的岩石或矿物或它们的混合物。此外，可以设想到在需要的情况下可以使用已被粉碎、成形为颗粒然后进行烧结以降低其与天然状态相比的孔隙率的岩石，或者使用其他人造的或非天然的岩石或矿物产品，例如合成金刚石或人造花岗岩。然而，尤其是在为可再生能量产生系统提供储热器的情况下，优选使用天然材料，更优选使用可本地获取的天然材料。鉴于上述粒状材料的尺寸和形状方面的考虑，特别优选的材料可以是从海洋、海滩或河床获得的卵石，因为它们已经被磨成比通常通过在陆地上采集的岩石所获得的形状更光滑且更均匀的凸出形状。然而，当然，可以对采集的岩石进行适当的平滑、抛光、尺寸分级和/或成形，以获得用于本发明的合适的颗粒尺寸和形状。许多天然存在的岩石或矿物在表面上具有大的后退接触角；然而，如果不是这种情况，则可以如上所述那样对岩石或矿物颗粒进行表面处理以改善后退接触角。这可以允许使用并非固有地具有所需表面特征的本地岩石或矿物沉积物。

替代地，并且特别是在用于储存热量容器的空间受限的情况下，可以将封装的相变材料用作固体粒状材料，热量被传递至该材料以进行储存。相变材料在从储热容器放热后为固态，而在从传热流体向其传递热量时为液态。通常，对于相同的储热能力，相变材料允许储热容器的体积大约为容纳岩石或矿物颗粒的储热容器的一半，因为相变允许相变材料在发生相变的温度下具有与在该温度下不发生相变的材料相比大得多的热容。另外，如果相变在高温下发生，则这种特性可以允许在高温下获得与不发生相变的固体粒状材料相比更高比例的储存热量，因为大部分储存的热量在物相从液态变为固态时被释放出来，而不是简单地归因于温度降低。然而，成本明显更高。合适的相变材料可以包括低共熔盐(例如，硝酸钾或硝酸钠)，或熔点在要执行的热传递的合适范围内的有机材料(例如，蜡)。可以设想到相变材料可以被封装在合适的材料中，例如金属、聚合物或混凝土，以形成固体材料颗粒。封装材料的选择将取决于储热容器的预期使用，特别是必须进行热传递的速率。例如，如果需要季节性储热，则热传递可以缓慢地发生，并且用于封装相变材料的材料不必是高导热性材料，因此混凝土可能是适当的选择。但是，在热传递必须更快的情况下(例如，在几分钟或几小时的期限内)，必须选择导热更快的材料来封装相变材料，聚合物或金属更适合，因为它们可以形成薄的胶囊和/或比混凝土更快地导热。封装的相变材料的颗粒的特性总体上优选如以上对于固体粒状材料所给出的那样。当制造封装的相变材料的颗粒时，可以完全控制颗粒的尺寸、尺寸分布、形状和表面特性。优选地，封装的相变材料的颗粒是球形的。

储热系统100还包括用于将热量引入到储热容器102中(即，对储热容器102进行充热)的输入系统126。输入系统126包括用于将气态传热流体引入到储热容器102中的输入入口128、用于从储热容器102中收集液态传热液体的液体回收系统116以及用于使液态传热流体蒸发的输入热源130。液体回收系统116、输入热源130和输入入口128彼此流体连接，以使传热流体通过输入系统126再循环。

输入入口128可以具有将气态传热流体引入到储热容器102中以使气态传热流体接触固体粒状材料108的任何合适的形式；例如，尽管图1示出了朝向固体粒状材料108的容积体106的上部放置并且跨过容积体106的宽度的一部分延伸的输入入口128，但是这些位置不应被解释为限制性的。此外，可以在要使用不同的传热流体的位置提供分别的入口。

在固体粒状材料的容积体106的下部114的下方设有液体回收系统116，用于收集通过该固体粒状材料的容积体向下排出的液体。如图1中所示，固体粒状材料的容积体106的下部114可以设置成促进在重力作用下向下排出液体的形式，例如位于容积体106的下部的倾斜表面。适当地，可以将在液体回收系统116处收集的液体例如使用机械离心泵(未被示出)泵送走，和/或可以通过诸如将振动或声波施加到粒状材料108上的方式促进流体从固体粒状材料108的表面进一步排出。然而，可以理解，可以使用允许在容积体106的下部处收集液体的其他布置。此外，可以在要使用不同的传热流体的位置提供分别的液体回收系统。

输入热源130可以包括将热量添加到传热流体的任何装置或方法，例如直接电加热、在传热流体的相对一侧上具有热流体的热交换器、被聚光的日光照射、太阳能热源(例如用于加热流体的太阳能集中器)或对输入系统中的传热流体进行加热的任何其他方式。输入热源130可包括或还可包括用于将热量传递至传热流体以使其蒸发的热交换器。在要使用不同的传热流体的情况下，可以优选地为每种流体提供分别的热交换器，或者提供穿过用于每种流体的单个热交换器的分别的流动路径。

储热系统100还包括用于从储热容器102中提取热量(即，对储热容器102进行放热)的输出系统132。输出系统132包括用于将液态传热流体引入到储热容器102中的输出入口110、使得蒸发的传热流体离开储热容器102的气体出口118以及用于使蒸发的传热流体凝结的输出散热器134。气体出口118、输出散热器134和输出入口110彼此流体连接，以使传热流体通过输出系统132再循环。

输出入口110可以具有用于将液态传热流体引入到固体粒状材料的容积体106中的任何合适的形式。适当地，输出入口110可以是在储热容器102的上部中的一个或多个分配器的形式，例如一个或多个喷淋喷嘴或一个或多个旋转分配器。图1描绘了单个旋转分配器臂112，但是本领域技术人员将理解可以提供替代的分配器，并且可以提供适当数量和类型的这种分配器，以确保传热流体跨过固体粒状材料的容积体的顶部进行均匀分配，该顶部与传热流体进行热量交换。此外，可以在要使用不同的传热流体的位置提供分别的入口。优选地，输出入口110放置在固体粒状材料的容积体上方，以使液态传热流体可以仅通过重力作用穿过固体粒状材料的容积体进行分配。

气体出口118可以具有允许气态传热流体从储热容器102中逸出并移动至输出散热器134的任何合适的形式；例如，尽管图1描绘了朝向固体粒状材料108的容积体106的上部放置并且跨过容积体106的宽度的一部分延伸的气体出口118，但是这些位置不应被解释为限制性的。此外，可以在要使用不同的传热流体的位置提供分别的气体出口。

输出散热器134可适当地包括需要热源的任何设备，例如涡轮机。输出散热器134还可以包括用于从气态传热流体送走热量以使其凝结的热交换器。在要使用不同的传热流体的情况下，可以优选地为每种流体提供分别的热交换器，或者提供穿过用于每种流体的单个热交换器的分别的流动路径。

尽管附图描绘了单个输入系统126和单个输出系统132，但是应当理解例如可以提供一个以上的每种系统，以根据需要允许在热传递过程的不同阶段、在储热系统的充热和/或放热期间使用不同的传热流体的分别的循环。

储热容器还适当地包括温度监测器，其被设置为监测固体粒状材料的容积体的温度。

储热容器102还包括与储热容器102流体连接的残余压力减小系统120，以在固体粒状材料的容积体106内保持低残余空气(或气体)压力，其中残余空气(或气体)压力是指通过不是且不包括蒸发的传热流体的空气或气体或在储热容器的工作温度范围内经历相变的其他气体产生的压力。残余压力减小系统可以适当地包括通向真空泵的出口。优选地，减压系统还包括冷凝器122，其保持在充分低于传热流体的沸点的温度下，使得冷凝器与气态传热流体之间的接触使传热流体凝结，从而减少通过残余压力减小系统从储热容器中排出传热流体。适当地，冷凝器122可以采取管道的形式，其被包括在真空泵或其他减压装置与固体粒状材料的容积体106之间的流体连接部中，并且从真空泵或其他减压装置朝向固体粒状材料的容积体106向下倾斜，从而帮助使凝结的传热液体返回至储热容器102。冷凝器122的合适形式是图1所示的螺旋管。适当地，冷凝器122被保持在合适的温度下，以简单地通过暴露于储热容器102外部的周围环境中来使蒸发的传热流体凝结；然而，应当理解，其他形式的温度控制也是可行的，例如包括围绕将真空泵或其他减压装置和固体粒状材料的容积体106相连接的流路的流动水套筒。替代地，冷凝器122可以采取置于真空泵或其他减压装置与固体粒状材料的容积体106之间的流体连接部中的指形冷冻器或冷阱的形式。可以提供监测不可凝物质的气体压力贡献的压力监测器，例如，其置于泵和冷凝器之间。

储热系统还可以适当地包括用于从储热容器和/或输入系统和/或输出系统中移出所有传热流体的系统。这在使储热系统停止使用以进行清洁或维护或在其使用寿命的终止的情况下是有用的。适当地，传热流体的移出可以包括对存在于储热系统中的传热流体进行加热以使其蒸发，使得它们穿过气体出口118、通过输出散热器134凝结并随后通过设置在输出系统132中的合适的阀排出到例如储存器中。替代地，传热流体的移出可以通过对存在于储热系统中的传热流体进行加热以使其蒸发并且使用减压系统将蒸发的传热流体泵送出储热容器来实现。在这种情况下，冷凝器122可能需要保持在合适的温度下以防止凝结并使传热流体返回至储热容器，或者设有合适的出口以允许将凝结的传热流体排出到例如储存器中，而无需使其返回至储热容器。还可以提供对于本领域技术人员显而易见的用于从储热贮器移出传热流体的另外的替代方式。

在使用中，输入系统126中的液态传热流体通过输入热源130被直接或间接加热，以使其蒸发，并且其以气态穿过输入入口128被引入，以使其与储热容器102内的容积体106中的固体粒状材料108接触。在此阶段，固体材料108的颗粒处于低于传热流体的沸点的温度。因此，在蒸发的传热流体与固体粒状材料108的表面接触时，传热流体将热量传递到固体粒状材料108并凝结在颗粒的表面上。由于粒状材料的光滑凹陷形状、其与传热流体的大接触角、其低表面孔隙率以及在粒状材料的颗粒之间提供的空隙空间，凝结的传热流体在储热容器中自由地向下流动，以被收集在容器114的下部并通过液体回收系统116排出。该排出的凝结的传热流体通过输入热源130再循环，以被再次加热并蒸发，并通过输入入口128重新引入到储热容器中以进一步地将热量传递至固体粒状材料108。

当固体粒状材料108达到非常接近传热流体的沸点的温度时，该过程将不再能够将能量从蒸发的传热介质有效地传递至储热容器，因为在与固体粒状材料108接触时无法可靠地发生传热流体充分程度上的凝结(这是平衡过程)。如果期望进一步将热量传递到储热容器中，则可以使用沸点更高的第二传热液体代替第一传热液体。沸点逐渐升高的两种或更多种传热液体的使用允许将热量传递到固体粒状材料中，直到固体粒状材料的温度达到或接近具有最高沸点的传热流体的沸腾温度。

在本发明的替代实施方式中，储热系统基于以上关于图1的描述，但是输入系统126包括用于将过热的而不是气态的传热流体引入到储热容器102中的输入入口128。

输入入口128可以具有将过热的传热流体引入到储热容器102中以使气态传热流体接触固体粒状材料108的任何合适的形式。例如，输入入口128可在输入热源130与储热容器102之间的任何选定位置包括减压阀，但是优选设置为靠近储热容器102。减压阀允许阀上游的压力保持在一定水平，以使过热的传热流体不会在任何明显的程度上蒸发，而是主要处于液态。然而，在减压阀的下游，压力保持在使得传热流体可以至少部分地蒸发并以气态进入储热容器102的水平。替代地，不需要设置减压阀：在通过残余压力减小系统120减小储热容器102中的压力的情况下，可以将储热容器102中的压力保持为充分低于输入入口128中的压力，使得过热的传热流体在输入入口128中保持液态，但是在进入储热容器102时蒸发。优选地，在这种情况下，输入入口128在容器的上端进入储热容器102，并且输入热源130定位在比输入入口128进入储热容器102的位置更低的位置，以使过热的液体不会在输入热源中蒸发，而只会在输入系统的最高点处蒸发，因为该最高点是最低压力点。

在使用中，输入系统126中的液态传热流体被输入热源130直接或间接加热，以使其过热至高于其在大气压下的标准沸点但不蒸发，并通过输入入口128以挥发性液体状态引入，并在进入容积体106之时或之后蒸发。气态传热流体然后接触储热容器102内的容积体106中的固体粒状材料108。在此阶段，固体材料108的颗粒处于低于传热流体的沸点的温度。因此，在蒸发的传热流体与固体粒状材料108的表面接触时，传热流体将热量传递到固体粒状材料108并凝结在颗粒的表面上。在传热流体在进入容积体106时或在此之后不完全蒸发的情况下，也可以通过加热的液态传热流体与固体粒状材料108之间的接触来进行一些热传递。尽管固体粒状材料108的温度低于传热流体在容积体106中保持的压力下的沸点，但是过热的传热流体的温度高于传热流体在容积体106中保持的压力下的沸点，被引入到容积体106中的液态传热流体将蒸发，并且不蒸发的任何液态传热流体将流到腔室的底部并对收集在腔室底部的凝结的传热流体进行加热，从而在高于沸点的温度下的足够的传热流体混合的情况下导致其部分蒸发。然后，蒸发的传热流体将以气态的形式接触固体粒状材料，以通过凝结到固体粒状材料的表面上而将热量传递至固体粒状材料。由于粒状材料的光滑凹陷形状、其与传热流体的大接触角、其低表面孔隙率以及在粒状材料的颗粒之间提供的空隙空间，凝结的传热流体在储热容器中自由地向下流动，以被收集在容器114的下部并通过液体回收系统116排出。该排出的凝结的传热流体通过输入热源130再循环，以再次过热并蒸发，并通过输入入口128重新引入到储热容器中以进一步将热量传递至固体粒状材料108。

当固体粒状材料108达到非常接近传热流体的沸点的温度时，该过程将不再能够将能量从蒸发的传热介质有效地传递至储热容器，因为在与固体粒状材料108接触时无法可靠地发生传热流体充分程度上的凝结(这是平衡过程)。如果期望进一步将热量传递到储热容器中，则可以使用沸点更高的第二传热液体代替第一传热液体。沸点逐渐升高的两种或更多种传热液体的使用允许将热量传递到固体粒状材料中，直到固体粒状材料的温度达到或接近具有最高沸点的传热流体的沸腾温度。

在上述任一种实施方式中，传热流体的数量和类型的选择都取决于热源的温度和预期用途。选择将影响热力学效率，因为每种传热液体的沸点将限定可能的输入和输出温度。通过具有少量的(不混溶的或恒沸的)流体，将实现相对较大的沸点差，并且通过具有更多的恒沸的流体，系统将具有更好的热力学性能，但是成本和复杂度增加。不同液体的沸点的典型差值将在10℃-80℃的范围内。通过使用更多的恒沸流体而使沸点差较小将会把热力学性能提高到最大水平，但是也可能需要更先进的系统来控制混合物并收集和储存流体。

本发明人已经确定，使用具有逐渐升高的沸点的一系列传热流体比使用单种高沸点传热流体更有效，因为典型的输入热源130在传热液体较冷时将更有效地将热量传递至传热液体，这是因为该源和传热液体之间的温度梯度较大。使用高沸点传热流体首先将导致通过液体回收系统116离开的返回的传热流体的温度仅略微低于其沸点。因此，输入热源130与要蒸发的传热液体之间的温度梯度小于使用沸点较低的流体的情况下的温度梯度。

然而，发明人已经认识到，在本发明中，有利的是选择较少数量的传热流体以供使用，例如一种流体、沸点不同的两种流体、三种流体或四种流体，因为本发明中使用的减压系统可以允许在储热容器的充热和/或放热期间进行压力调节，这又可以将给定的传热流体的沸腾温度调节到所需值，从而得到与使用具有不同沸点的一系列传热流体相同的效果。因此，给定的传热流体可以在从储热容器的充热或放热期间选择的最低压力到环境压力的压力范围内使用，从而可以在固体粒状材料的容积体中的压力或材料的相变表示的有效沸点范围内使用。

应当理解，在本发明中使用的传热流体必须是在使用时能够在固体粒状材料的容积体中或相变材料的容积体中占主导的温度和压力条件下从气态到液态(在充热期间)或从液态到气态(在放热期间)进行相变的传热流体。传热流体可以是在标准的环境温度和压力下为固态的传热流体，只要它处于在使用条件下经受所需相变的正确状态下即可。传热流体应该是在储热系统的工作温度范围内对反复的加热和冷却稳定并且在储热系统的任何工作温度下都不易燃的传热流体。优选地，用于本发明的传热流体具有低熔点和高标准沸点。用于对储热容器进行充热的第一传热流体优选在环境温度下或略高于环境温度下为液态。优选地，用于本发明的传热流体在尽可能高的温度下达到1巴的蒸气压。合适的传热流体是油(生物的或矿物的)、硅酮或其他可以调整分子量以获得可行特性的物质或针对较高温度使用的情况下为硫。

在许多情况下，传热流体的工作温度上限由流体的分解温度或特别是在氧气存在的情况下在350-400℃的范围内分解的有机组分或硅酮的特定的流体分子键的分解温度决定。本发明人预想到，由于所使用的低残余空气压力并且因此储热容器中的大气中的氧气含量非常低，因此可以在本发明中在超过该范围的温度下使用这样的传热流体。

从经济和环境角度来看，传热流体应优选廉价、无毒且无腐蚀性。

应理解的是，在传热流体与固体粒状材料的容积体或相变材料的容积体之间的热传递将部分归因于与固体粒状材料或相变材料接触时传热流体凝结(在充热时)或蒸发(放热期间)时发生的相变的热量，并且部分归因于使传热流体达到发生其相变的温度的传热流体的温度变化。优选的是，通过所述传热流体的相变而发生的进出储热容器的热传递的百分率至少为50％，更优选为60％，更优选为70％，更优选为80％，更优选为90％，最优选大于95％。本领域技术人员将理解，由于相变而传递的热量的比例能够通过已知方式来计算或建模。相变所导致的热传递比例越高，该过程所依赖的传热流体与固体粒状材料或相变材料之间的温度梯度越小；因此，热传递可以在几乎等温的条件下进行，从而可以在无需提供大的温度梯度的情况下进行很大程度的热传递。所需温度梯度的大小取决于诸如传热流体的特征、其表面张力、固体粒状材料的容积体中的压力、传热材料的体积以及储存目的(例如，季节性储热使用大量的固体粒状材料，并且预计会缓慢地进行充热和放热，例如持续数周或数月，因此较小的温度梯度是可行的)等因素。适当地，传热流体与固体粒状材料的容积体或相变材料的容积体之间在接触时可能存在50℃、例如45℃或40℃、例如35℃或30℃、例如20℃或15℃的最大温度差。为了在与固体粒状材料或相变材料接触时发生传热流体的相变，传热流体与固体粒状材料的容积体或相变材料的容积体之间在接触时可能存在2℃、例如5℃或10℃、例如15℃或20℃、例如25℃或30℃的最小温度差。

本发明人还发现，与使用在诸如混凝土块的固体材料中设置管道的系统相比，使用气相流的凝结将热量传递到固体粒状材料存在显著的优点。第一，在储热容器中不需要管道，从而降低了制造容器的成本和复杂性。第二，可以调节储热容器102中使用的固体粒状材料108的尺寸，以通过控制固体粒状材料108的表面与体积之比来调节系统的输入/输出功率。第三，由于蒸发的传热流体在与固体粒状材料接触后凝结时发生体积变化，因此本发明的储热系统100固有地使得储热容器内的温度分布均衡。固体粒状材料的容积体的任何较冷区域将导致蒸发的传热流体的凝结率更高，从而导致流向较冷区域的质量流增加并增加该较冷区域的加热速率，直到温度与该容积体的其余部分相同。当希望使用沸点升高的一系列传热流体对储热容器102进行充热时，特别重要的是能够获得该温度的自均衡，就好像在通过引入沸点更高的传热流体而使较高比率的供应的蒸发的传热液体不凝结或重新蒸发的情况下系统的热传递效率会降低那样。第四，传热流体在与固体粒状材料108接触时的凝结允许几乎与流体和粒状材料108之间的温度差无关地将大量热量从传热流体传递至固体粒状材料108。只要固体粒状材料108充分低于传热流体的沸点以使其凝结，传递的热量就会等于(流体与粒状材料之间的温度差为传热流体凝结所需的最小值的情况)或大于(流体与粒状材料之间的温度差大于传热流体凝结所需的最小值的情况)传热流体的气-液相变的焓。

本发明人还认识到，减小储热容器102内的残余空气压力会显著提高内部热传递速率。不希望受到理论的束缚，本发明人认为这是由于传热流体的蒸发(在放热期间)和/或凝结(在充热期间)的速率增加以及蒸发的传热液体在储热容器内的较冷区域和较热区域之间的扩散速率增加。

在FR2981736中已经描述了，在储热腔室充热之后将储热腔室排出在减少储存期间储热腔室的热损失方面是有利的。然而，本发明人的发现具体涉及在储热容器的充热和/或放热期间而不是在储存期间使储热容器中的残余压力减小。尽管在本发明中的选择是在充热期间减小储热容器中的残余压力并在储存期间保持较低的压力以使储存容器放热期间减小残余压力所需的功最小化，但是储热容器的残余压力减小的目的是提高储热容器中传热流体与固体粒状材料之间的内部热传递速率，以及调整传热流体的沸点以使热传递效率最大化。在储热系统的充热和/或放热期间使用残余压力减小在FR2981736中没有教导，并且事实上不会导致该系统的任何改进，该系统被设计为使用空气作为传热流体，因此没有如本发明所要求的那样利用传热流体的相变。此外，在储热容器的充热和放热期间将要减小的仅仅是残余空气压力。系统的总压力将包括来自残余空气(或其他未凝结气体)的压力和传热流体的蒸气压二者的贡献。从储热容器中仅移出未凝结气体可以改善传热流体与固体粒状材料之间的热传递。

已经发现，将残余空气压力减小到200毫巴或更小允许实现本发明在热传递方面的优点，其中较低的残余空气压力是优选的。例如，可以使用的最大残余空气压力为175毫巴或150毫巴、例如125毫巴，或100毫巴、例如75毫巴，或50毫巴、例如25毫巴，或10毫巴、例如5毫巴。根据所使用的残余压力减小系统的类型，可以实现25毫巴、20毫巴、15毫巴、10毫巴、5毫巴、2毫巴、1毫巴或小于1毫巴的最小残余空气压力。

因此，在通过输入入口128引入蒸发的或过热的传热流体之前和/或期间，通过残余压力减小系统120适当地借助于附接至储热容器中的出口的真空泵的操作来减小储热容器的残余空气压力。残余压力减小系统优选在将热量引入到储热容器中的整个循环期间运行，以防止储热容器中的导致空气或气体进入系统并因此随着时间增大残余空气压力并降低内部热传递速率的任何小泄漏。但是，作为替代方式，可以预想到在将蒸发的或过热的传热流体引导至固体粒状材料之前通过残余压力减小系统的运行来减小残余压力，并且在蒸发或过热的传热流体被引入到储热容器中之前使残余压力减小系统停止运行。

本发明人已经注意到，在将蒸发的或过热的传热流体引入储热容器期间要运行减压系统时，简单地使用附接至储热容器的出口的真空泵或类似装置可能会导致储热容器内的残余空气和传热流体、特别是气态传热流体的移出，这在试图提高内部热传递速率和/或使传热流体再循环以重复使用时不是优选的情况。因此，本发明人想到通过在固体粒状材料和真空泵之间使用冷凝器122以使与冷凝器122接触的任何蒸发的传热流体凝结并使其返回至储热容器因而防止其被真空泵移出来克服该困难，该冷凝器122被保持在比传热液体的沸点更低、但比空气的成分、尤其是氧气可以凝结的温度更高的温度下，并且适当地保持在环境温度下。适当地，冷凝器122可以采取保持在比传热液体的沸腾温度更低的温度下并被放置在储存器和真空泵之间的狭长的管道的形式，其中真空泵被放置在高于储存器的位置，以使在冷却管道上凝结的任何蒸发的传热流体沿着管道流动从而返回到储热容器中。适当地，通过将冷凝器122放置在储热容器102的外部来将冷凝器保持在环境温度下。残余空气在装置122的温度下不会凝结，因此将通过出口120排出。另一选择可以是结合本领域中已知的冷阱或指形冷冻器，其中对管道的一部分应用主动冷却以防止传热流体的排出。

一旦完成向储热容器的热传递，就可以通过任何合适的方式关闭出口和(多个)入口，以在需要储热的时间内密封储热容器。在该时间内，残余空气压力可以被保持在其减小的压力下，或者可以使其返回到环境压力。优选前者，以减少残余压力减小时的能量消耗。

当期望从储热容器102放热时，液态传热流体通过输出入口110供应到储热容器102的顶部，使得其接触热的固体粒状材料108。一旦液态传热流体接触容器102的热颗粒108，液态传热流体将蒸发、从热的固体粒状材料108吸收能量并引起体积的显著增大。这种体积增大将使蒸发的传热流体通过气体出口118从储热容器中逸出，其可以在此处移动至输出散热器134。例如，蒸发的传热流体可移动到热交换器系统，以将其蒸发的热量传递至另一个过程，诸如汽轮机或蒸气发生器中的水或蒸气或有机朗肯循环系统中的压力流体。一旦已经从蒸发的传热液体中提取出热量并且其已经返回至液态，液态传热流体就可以再次通过输出入口110再循环至储热容器102，以从加热的固体粒状材料108中进一步递送热量。一旦储热容器中的固体粒状材料108的温度达到传热流体的沸点，为了进一步提取热量，则必须通过与在储热容器的充热期间使用沸点升高的一系列传热流体相同的方式和相同的原因来采用沸点更低的传热流体。

再次，如以上对储热容器进行充热所解释的那样，发现在从储热容器102放热期间残余空气压力的减小提高了热传递速率。类似于对储热容器进行充热的情况，优选在将液态传热流体引入储热容器的整个循环期间运行残余压力减小系统，以防止储热容器中的导致空气或气体进入系统并因此随着时间增大残余空气压力并降低内部热传递速率的任何小泄漏。然而，作为替代方式，可以想到在将液态传热流体引导至固体粒状材料之前通过运行残余压力减小系统来降低残余压力，并且残余压力减小系统在液态传热流体被引入到储热容器中之前停止运行。如果在储存期间在储热容器中保持减小的残余空气压力，则残余空气压力将足够低，以获得本发明在热传递方面的益处，并且在放热之前不进一步运行残余压力减小系统；然而，这将取决于储热容器的气密程度和储存期的持续时间。有可能在储热容器放热之前和/或期间可能需要额外的残余压力减小步骤。

图2示出了本发明的热传递系统的一个实施方式的流程图。热源1提供热流体流2，其进入热交换器3、在其中传递其一部分热能，从而以冷回流4的形式返回热源。热能被输送到液态传热流体流5，其在接收到热能时蒸发以形成气态传热流体6或过热以形成过热的液态传热流体6。在前一种情况下，将气态传热流体引入到储热容器7中，而在后一种情况下，将过热的液态传热流体引入到储热容器7中，其在其中蒸发以形成气态传热流体。然后，气态传热流体接触固体粒状材料，其在这种情况下凝结，从而将热能传输至容器。在凝结之后，现在的液态传热流体优选借助于重力而聚集在容器7的底部，并且再次移动穿过热交换器3。任何未凝结的传热流体将被收集在冷凝器9中，并且凝结物将被储存在储存器10中。

当要使用储热容器7中的能量时，液态传热流体11被分配到储热容器中、在其中蒸发以形成气态传热流体12，其被传递至热交换器13、在其中凝结从而释放热能。释放的能量可用于使凝结的工作流体14蒸发以形成可驱动涡轮机16的蒸发的工作流体15。

实施例

实施例1

输送350℃的导热油的集中式太阳能发电厂用作热源。导热油流过逆流热交换器、加热并蒸发标准沸点为300℃的传热流体。通过使用带有被保持在环境温度下的连接管的真空泵将容器和连接的输入/输出系统中的内部压力保持为低于0.01巴。导热油在环境温度下的蒸气压通常约为10^-5巴，从而导致传热液体从系统中非常少地排出，同时保持了较低的残余空气压力。当储热容器的温度较低时，系统中的总压力就较低，等于传热液体的蒸气压加上残余空气压力。在此压力下，传热液体将在输入系统中的降低的温度下蒸发，从而能够保持到太阳能电场的相对较低的返回温度。随着储存温度的升高，返回温度也将逐渐升高。当温度朝着传热液体的标准沸点升高时，该液体最终可以与具有更高的标准沸点的液体进行交换，从而能够进一步升高储存器的温度。

储热容器由被容纳在尺寸为12m(长)x2.35m(宽)x2.6m(高)并且外部用陶瓷岩棉进行隔离的气密金属容器中的石料组成。石料的平均直径为150mm，尺寸分布(扩展量)为50mm。石料的形状是圆形的，因此在它们之间形成了互连的空气网络，其在从空隙中的某个点到最近的石料的最大距离下测得的平均宽度为10-30mm，从而使传热流体的流动相对不受阻碍。容器的底部略微倾斜，因此较小的区域限定了容器的最低点，在该处放置了泵形式的机械提取机构。在容器的顶部，喷淋喷嘴以11x2的布局和1m的距离放置，每个喷嘴能够输送0.3kg/s的液体流。对于传热流体，平均蒸发热为300kJ/kg，这对应于2MW的最大提取速率。容器中石料的填充率为75％，得到总比热容为44.5kWh/K(所使用的石料的比热为0.84kJ/(kg*K)，石料的密度为2600kg/m³)。对于充满的容器(300℃)，这对应于约10MWh的可用能量含量(在放热至50℃的石料温度时)。输出系统通过管道将热的蒸发的传热流体收集到容器中。蒸发的传热流体穿过热交换器，在此处将热量传递至ORC发生器中的工作气体，从而产生电力。然后，凝结的传热流体重新注入到容器中。用于能量提取的流体可以与用于对储存器进行充热的流体相同。当放热期间储存器中的温度降低时，热传递速率将逐渐降低，并且在输出系统中可以达到的温度也将降低。如果热传递速率降低到低于有效阈值，则可以注入标准沸点更低的第二传热液体，从而提高热传递速率，但不提高最大输出温度(无论所使用的液体如何，该最大输出温度受到储存温度的限制)。

实施例2

输送350℃的导热油的集中式太阳能发电厂用作热源。导热油流过逆流热交换器、加热并蒸发标准沸点为287℃的亚麻籽油。在通过使用带有被保持在环境温度下的连接管的真空泵对容器进行充热之前，容器和所连接的输入/输出系统中的内部压力减小至约0.01巴。亚麻籽油在环境温度下的蒸气压通常约为10^-5巴，从而导致传热液体从系统中非常少地排出，同时保持了较低的残余空气压力。当储热容器的温度较低时，系统中的总压力就较低，等于传热液体的蒸气压加上残余空气压力。在此压力下，传热液体将在输入系统中降低的温度下蒸发，从而能够保持到太阳能电场的相对较低的返回温度。随着储存温度的升高，返回温度也将逐渐升高，并且容器中的压力将升高至接近环境压力。当温度升至270℃时，停止对容器充热，并移出容器中剩余的亚麻籽油(首先是通过重力和时间，之后是通过较冷的容积体，中剩余的油能够在其中凝结)。由于从系统中移出了剩余的亚麻籽油，其对总压力的蒸气压贡献也被消除，并且系统压力由于残余空气压力的减小而再次非常低，例如0.01巴的压力。此后，使用硫(熔点为115℃，沸点为444℃)作为第二传热流体，其用于将储热容器加热到420℃的温度。与使用亚麻籽油时一样，随着储热容器温度的升高，蒸气压对容器中总压力的贡献增加，因此硫的沸点将从约0.04巴下的270℃升高到其在1巴压力下的标准沸点444℃。一旦完成向储热容器的热传递，就通过重力和时间的作用将储热容器中剩余的硫移出，必要时借助固体颗粒的振动来促使液态硫排到容器的下部，然后在比储存器更冷的场所凝结。

当需要从容器放热时，系统中的残余空气压力减小，液态硫通过输出入口被注入到储热容器中，并且热量向其传递以使其蒸发。蒸发的硫穿过气体出口并将其热量传递到输出散热器，导致其凝结。一旦储热容器的温度降低到约为150℃至200℃，就从储热系统中移出硫，并用亚麻子油代替硫，以继续从储热容器中放热至较低的温度。

实施例3

输送350℃的导热油的集中式太阳能发电厂用作热源。导热油流过逆流热交换器、加热标准沸点为300℃的传热流体，其在所述热交换器中被保持在5巴的压力下。在热交换器中，传热流体在5巴下被加热到345℃，此后其通过减压阀被注入到容器中。通过使用带有被保持在环境温度下的连接管的真空泵将容器和所连接的输入/输出系统中的内部压力保持为低于0.01巴。在注入过热的传热流体时，其在容器入口处部分蒸发，随后在容器的最冷部分上凝结。为了防止环境空气在容器中积聚(例如，通过外壳中的小裂缝或泄漏的接头进入)，真空泵将连续地在腔室上抽吸。真空泵将连接至被保持在环境温度下的长管。环境温度下导热油的蒸气压通常约为10^-5巴，导致传热液体从系统中非常少地排出(因为其在所述长管中凝结)，同时保持了较低的残余空气压力(因为在环境温度下空气不会在所述长管中凝结)。当储热容器的温度较低时，系统中的总压力就较低，等于传热液体的蒸气压加上残余空气压力。在此压力下，传热液体将在输入系统中的降低的温度下蒸发，从而能够保持到太阳能电场的相对较低的返回温度。随着储存温度的升高，返回温度也将逐渐升高。当温度朝着传热液体的标准沸点升高时，该液体最终可以与具有更高的标准沸点的液体进行交换，从而能够进一步升高储存器的温度。

储热容器由容纳在尺寸为12m(长)x2.35m(宽)x2.6m(高)并且外部用陶瓷岩棉进行隔离的气密金属容器中的石料组成。石料的平均直径为150mm，尺寸分布(扩展量)为50mm。石料的形状是圆形的，因此在它们之间形成了互连的空气网络，其在从空隙中的某个点到最近的石料的最大距离下测得的平均宽度为10-30mm，从而使传热流体的流动相对不受阻碍。容器的底部略微倾斜，因此较小的区域限定了容器的最低点，在该处放置了泵形式的机械提取机构。在容器的顶部，喷淋喷嘴以11x 2的布局和1m的距离放置，每个喷嘴能够输送0.3kg/s的液体流。对于传热流体，平均蒸发热为300kJ/kg，这对应于2MW的最大提取速率。容器中石料的填充率为75％，得到总比热容为44.5kWh/K(所使用的石料的比热为0.84kJ/(kg*K)，石料的密度为2600kg/m³)。对于充满的容器(300℃)，这对应于约10MWh的可用能量含量(在放热至50℃的石料温度时)。输出系统通过管道将热的蒸发的传热流体收集到容器中。蒸发的传热流体穿过热交换器，在此处将热量传递至ORC发生器中的工作气体，从而产生电力。然后，凝结的传热流体被重新注入到容器中。用于能量提取的流体可以与用于对储存器进行充热的流体相同。当放热期间储存器中的温度降低时，热传递速率将逐渐降低，并且在输出系统中可以达到的温度也将降低。如果热传递速率降低到低于有效阈值，则可以注入标准沸点更低的第二传热液体，从而提高热传递速率，但不提高最大输出温度(无论所使用的液体如何，该最大输出温度受到储存温度的限制)。

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