分形储存器

技术领域

本发明涉及热储存器和用于设置热储存器的方法。

背景技术

所讨论类型的热储存器或者热能储存器、热量储存器和/或冷量储存器用于储存大量的热量。通常使用流体流过的热储存材料。例如，流体可以是气体。由此，根据流体的温度和热储存材料的温度，热量可以从流体传递到储存材料，或者热量可以从储存材料传递到流体。因此，通俗地说，这种热储存器能够储存热量和/或冷量。

到目前为止，这种热储存器主要“整体”进行设计、计划和构造。在此通常要考虑关于设计的个体条件。这导致了在这种热储存器可用之前的相对漫长且昂贵的过程。

从WO 2017/046275 A1中已知一种模块化热储存器，其由多个单独的模块组装而成。这种热储存器是可扩展的，由此可以至少在有限的程度上适应于个体需求。特别地，热储存器在极限内是可扩展的。这通过在不可渗透流体的侧面上设置用于流体流入或流出的配件来实现。各个模块可以借助于这些配件彼此连接。

然而，这种热储存器也具有缺点。由于将配件定位在模块上，组合各个模块的能力且由此可扩展性被限制为模块在彼此上的空间布置的相对有限的可能组合。此外，在模块中产生基本上“从配件到配件”发生的通流。在各个模块中产生流动相对较差的区域(死区容积)。这降低了实际中可用的容量和这种热储存器的效率。当模块彼此抵接地组合在紧凑构造中时“互连”模块的可能性也受到限制，因为模块的互连由配件的位置相对严格地预先确定。因此，例如，交替并联或串联地互连这种模块的可能性受到限制。此外，各个这样的模块必须包括不可渗透流体并且在所有方向上隔热的分隔壁。如果模块彼此邻接布置，这对于尽可能少的面向周围环境的表面是有利的(经由这些表面可能发生热损失)并且这涉及最小的空间需求，则大多数隔热壁仅将热储存器的区域彼此分开。因此，在不需要隔热材料的地方使用了相对大量的隔热材料，因为这些壁最终不是面向环境的表面，因此与热损失相关。

发明内容

因此，本发明的目的是公开模块化热储存器和用于设置模块化热储存器的方法，其中，上述缺点不会出现或至少在减小的程度上出现，并且另外，其能够尽可能便宜且灵活地调整和扩展以适应个体需求。

该目的通过具有独立权利要求的特征的热储存器和用于设置热储存器的方法来实现。从属权利要求的特征涉及有利的实施例。

所例示和描述的热储存器包括基本框架，其中，基本框架具有三维网格的形式。三维网格的形式在该上下文中特别地理解为几何意义上的网格的形式。几何网格是由一组单元(其也被称为网格单元，在本申请中，术语“单元”用于语言简化)对空间的连续且无重叠的分割。网格的单元由一组网格点定义，这些网格点通过一组网格线彼此连接。在这种情况下，网格线围绕相邻单元之间的边界面。

换言之，相邻单元之间的边界面由基本框架限定，其由基本框架的对应于网格线的部分围绕。

在所例示和描述的热储存器中，相邻单元之间的至少一个、优选地多个边界面可渗透流体。由此，相邻单元之间的可渗透流体的边界面形成了从单元到单元的流动路径。

热储存器可以包括多个结构元件，其在热储存器的基本框架中形成支架和/或桁架，这些支架和/或桁架布置在网格的网格线的区域中并且在网格的网格点的区域中相互连接。

特别地，网格可以是结构化网格。结构化网格被理解为具有规则拓扑的网格，即单元以规则图案存在并且可以由整数唯一地索引。

此外，网格特别地可以是矩形网格。这意味着网格的各个单元具有长方体形状。

此外，网格特别地可以是均匀的网格，即，网格的沿着轴线定向的单元的边缘具有相等的长度。

可能的是，网格的上述特性仅应用于网格的一部分。然而，这些特性特别地可以应用于整个网格。

相邻单元之间的至少一个、优选地多个边界面可以是不可渗透流体的。由此，特别地，可以通过以下方式故意地形成流体通过储存器的流动路径：将各个边界面分别制成可渗透流体或不可渗透流体。

所例示和描述的热储存器可以包括多个模块，各个模块形成网格的一个单元。模块可以彼此相邻和/或一个在另一个上方地布置，并且可以彼此连接，使得其形成热储存器的基本框架，并且由此形成网格的单元。

单元分别由相邻单元之间的多个边界面界定。单元利用其边界面彼此抵接。边界面不必由将相邻单元彼此分开的部件限定。也可以只存在理论上的边界面，其只通过由热储存器的基本框架形成的网格结构来限定。换言之，边界面可以是相邻单元之间的开放面，其例如通过利用开放侧面彼此抵接的模块形成。

这种热储存器使得热储存器能够通过多个标准化元件的组合以简单的方式来计划。热储存器(特别是模块、作为基本框架的部分的结构元件，诸如支架和/或桁架、底板、顶板、外壁、中间壁和/或中间底板)可以以简单的方式形成为标准化元件，这些标准化元件特别可以在远离安装位置的位置处预加工。这样，一方面，显著地减少了所讨论的热储存器的计划和/或设计努力，这使得能够快速设置。另外，成本显著降低。

此外有利的是，一部分边界面可渗透流体，由此提供了用于限定或规定用于热储存器中的流体的流动路径的简单的可能性。其它边界面可以设计为不可渗透流体。这例如可以通过中间壁来实施。由此，可以通过将选定的边界面实施为可渗透流体的边界面或不可渗透流体的边界面来建立用于单个应用情况的流体的流动路径。通过省略平行于流动方向定向的中间壁，单元也可以组合以形成单元组，其由此形成具有比单个单元更大的横截面的流动路径。由此，流动路径可以提供流体连续地流过热储存器的各个单元。替代地和/或另外地，流体可以并行地流过热储存器的各个单元和/或单元组。这样，可以考虑由相应的应用情况对热储存器产生的个体需求。

热储存器特别可以包括具有热储存材料的填充物。填充物可以设计为流体可以流过的材料和/或流体可以流过的衬里。

热储存器特别可以是所谓的潜热储存器。相变材料在这种热储存器中用作热储存材料。这种介质的熔化潜热、溶解热和/或吸收热显著大于不利用这种相变效应而可以储存的热量。

替代地和/或另外地，储存器可以是所谓的灵敏热储存器。这种热储存器在充电和/或放电时改变其可察觉的温度。特别地，在这种热储存器中不发生相变。灵敏热储存器特别适合于实现宽的和/或高的温度范围。例如，在EP 3 187 563 A1中描述了这种热储存器。

替代地和/或另外地，流体本身可以用于储存热量。这是有利的，特别是在流体本身具有高的热容量和/或储存器被操作为使得流体在储存器中具有长的停留时间时。

可渗透流体的边界面可以是开放的。替代地，通过以下方式实现边界面的渗透性：以另一种方式设计布置在边界面的区域中和/或用作边界面的中间壁和/或中间底板，使得特别是分布在边界面上或至少分布在边界面的重要部分上的流体的通道能够通过边界面本身。例如，一个、多个或大量开口可以设置在中间壁和/或中间底板中。中间壁和/或中间底板也可以具体实施为网格和/或网格形式或者可以包括网格。

特别是在开放边界面的情况下，填充物可以形成不间断的连续的材料和/或衬里。这样，实现了从单元到单元通过热储存器的流动的最高均匀性水平。同时，热储存器的内部可以最佳地用于具有热储存材料的填充物。

边界面可以是矩形的。这是合理的，特别是与长方体单元结合。这种适于热储存器的基本框架的矩形结构的热储存器的单元的几何形状实现了简单的构造类型和结构计算。

特别地，彼此抵接的相邻单元的边界面可以具有相同的尺寸。这样，边界面的全部区域可以用于流体通过边界面的通道。如果热储存器的单元、特别是热储存器的所有单元具有相同的尺寸，则是特别有利的。这样，实现了标准化预加工元件的最高能力水平和关于在热储存器中实施不同布置和/或流动路径的灵活性。

热储存器或网格的各个单元在其边缘的区域中可以具有结构元件，所述结构元件在热储存器的基本框架中形成支架和/或桁架。在这种情况下，结构元件、特别是支架和/或桁架可以与网格的多个单元相关联，或者可以是基本框架的多个单元的一部分。这种热储存器例如可以通过以下方式形成：由结构元件组装基本框架，并且将底板、顶板、壁、中间壁和/或中间底板紧固到由这些结构元件形成的基本框架。

替代地和/或另外地，可以的是，模块、特别是预加工的模块分别限定由其自身形成的网格的单元。这些模块在其边缘的区域中可以具有结构元件，这些结构元件分别属于特定的模块。然后，各个模块可以使用其结构元件彼此连接，通过这些结构元件形成基本框架，其中，相邻模块的结构元件共同限定网格的网格线。

用于设置热储存器、特别是上述类型的热储存器的方法特别规定，首先预加工基本框架的多个模块和/或结构元件、特别是支架和/或桁架。然后，将预加工的模块和/或结构元件运输到热储存器的安装位置，并且在那里将其彼此相邻和/或一个在另一个上方地布置并且彼此连接。这样，产生热储存器的基本框架。

可以已经在模块的预加工期间将热储存器的底板、顶板、外壁、中间壁和/或中间底板连接到模块。替代地和/或另外地，可以的是，首先仅通过预加工的模块形成基本框架，并且首先在安装位置将底板、顶板、外壁、中间壁和/或中间底板连接到热储存器的基本框架。

可以的是，当热储存器设置在其安装位置时，首先用热储存介质填充热储存器。这可能由于热储存介质的重量通常不是微不足道的而是有利的，因为由此显著地降低可能要运输的模块的重量。热储存器的静态承载能力也仅必须足以在安装状态下承载热储存介质。于是，模块也不必能够在填充状态下(即在由热储存材料施加的总负载的情况下)移动。

热储存器可以另外包括隔热材料。隔热材料可以应用在热储存器的安装位置。替代地和/或另外地，可以在各个模块、结构元件、底板、顶板、外壁、中间壁和/或中间底板的预加工期间已经至少部分地向热储存器应用热储存器的隔热材料。

方法特别可以规定，彼此兼容的模块、结构元件、底板、顶板、外壁、中间壁和/或中间底板在计划待设置的特定热储存器之前在已经限定的尺寸上预加工，特别是在计划待设置的特定热储存器之前已经贮备，其中，为了设置热储存器，从在计划待设置的特定热储存器之前预加工、特别是已经贮备的模块、结构元件、底板、顶板、外壁、中间壁和/或中间底板中选择模块、结构元件、底板、顶板、外壁、中间壁和/或中间底板，并且将其用于构造热储存器。这样，可以完全或至少部分地由“标准部件”组装热储存器。由此，可以进一步降低成本和设置时间。而且，已经通过使用标准化的部件简化了计划或设计。换言之，提供了一种“模块化构造系统”，热储存器可以由该系统组装。如果贮备了储存器的部件，则甚至可以使用已经储存的可用零件，由此可以进一步减少设置时间。

附图说明

下文中结合附图描述本发明的另外实际实施例和优点。在附图中：

图1示出了三维网格形式的所讨论类型的热储存器的基本框架。

图2示出了示例性热储存器的示例性模块和另外的示例性零件。

图3示出了不同流动路径的示例性变型的示意图，这些流动路径可在具有相同基本框架的热储存器中实施。

具体实施方式

图1中示意性示出的热储存器包括基本框架14。基本框架14具有三维网格的形式。在此，网格线围绕相邻单元之间的边界面。基本框架由结构元件12形成，结构元件限定了作为基本框架14中的支架和/或桁架的网格的网格线。

基本框架的结构元件12和/或模块10可以由热储存器的中间壁、底板、中间底板、壁和顶板来补充。这些部件可以布置在热储存器的网格结构的单元之间的边界面上。如在所示的示例中，单元之间的边界面可以由单元的由结构元件12框住的开放侧面限定，这些侧面形成长方体(即网格的示例性单元的基本形状)的六个面。由此形成的长方体单元以这种方式形成热储存器的可膨胀的单元结构。

图2中以示例的方式示出的分隔壁18和顶板20可用于实施热储存器的中间底板、中间壁、外壁、顶板和底板。在相邻单元之间的边界面的区域中对应的分隔壁18设置为中间壁或者对应的顶板20设置为中间底板的情况下，因为其不可渗透流体，因此这些部件形成了流体通过热储存器的流动路径的边界。这样，通过热储存器的通流路径可以通过在各个边界面处定位或添加或省略分隔壁18来限定。

示例性热储存器可以包括多个示例性模块10，其分别限定网格的各个单元或由其构造。图2中描绘了示例性模块10。示例性模块10包括沿着模块10的边缘布置的结构元件12。模块10的结构元件12可以形成三维网格形式的热储存器的基本框架14，例如如图1中可以看到的。这种热储存器的基本框架14特别可以由多个模块10形成。

如在所示的示例中，储存器可以在顶板、底板和/或中间底板的区域中包括另外的桁架元件16。为了示例性地例示这些桁架元件，在图中将用作底板或中间底板的顶板20的一部分切掉。例如由形成热储存器的填充物的传热介质施加的负载可以由桁架元件16吸收。然而，仅由桁架元件16加强的模块10的下侧优选地最初保持可渗透流过热储存器的流体，只要例如如图所示，顶板20不布置成在模块的下侧区域中形成底板和/或中间底板即可。

在图3中以示例的方式示出了不同的流动路径，其可以通过图1中示意性示出的基本框架14来实施，该基本框架可以例如利用总共18个模块10来实施。在图3A所示的情况下，在各个情况下存在沿方向Z通过相邻单元的流动。在这些单元之间的与方向Z正交的边界面处没有设置分隔壁18。这样，这些边界面可渗透流体。单元之间的所有其它边界面包括分隔壁18或顶板20。这样，产生九个“通道”，这些通道沿Z方向定向并且彼此独立，通过这些通道可以发生通过由热储存器在方向Z上定向的侧面形成的热储存器的流动。为此，可以在面向或背对方向Z的流体的进入或离开面处设置对应的流体分配装置或流体收集装置。

在图3B所示的通流模式的情况下，单元之间的与方向X正交的边界面也可渗透流体。与图3A相比，由此仅形成三个“通道”，这些通道彼此分开且分别可以具有通过它们的流动，这些通道分别在以示例的方式示出的热储存器的一个完整层上延伸。

在图3C中，以示例的方式示出了流动路径，其中，流体可以流过相邻单元之间的与方向Z正交的边界面的一部分。在这种情况下，由此可以引导流动以S形首先通过热储存器的单元结构的最下层，然后沿相反的方向通过中间层，最后沿与最下层相同的流动方向通过最上层，如图1中示意性所示。

在图3D中，热储存器的单元以示例的方式形成九个单独的通道，其可以具有沿方向Z由此竖直地通过它们的流动。在这种情况下，在网格的相邻单元之间的所有与方向X或Y正交的边界面都不可渗透流体。只有相邻单元之间的与方向Z正交的边界面可渗透流体。

在图3E所示的示意性通流中，与图3D中的流动模式相比，在网格的相邻单元之间的与水平方向Y正交的边界面另外可渗透流体。这种单元结构可以在三个通道中具有通过其的流动，通过这三个通道可以彼此独立地发生流动，这三个通道具有竖直定向的“盘”的形式，例如以图3B所示的方式，即沿方向Y。

图3F中示出了通过图1中以示例的方式示出的基本框架14的S形流动的另外示例。如果在图1所示的网格的情况下，网格的相邻单元之间的与方向X正交的边界面的一部分可渗透流体，则可以实施这一点。与方向X正交的另一部分边界面然后可以通过例如分隔壁18来不可渗透流体，使得预设或强制形成S形流动路线。

在本说明书、附图和权利要求中公开的本发明的特征可以单独地以及以任意组合地对于本发明在其不同实施例中的实施是重要的。本发明并不限于所描述的实施例。本发明可以在权利要求的范围内并且考虑到本领域相关技术人员的知识而变化。

附图标记列表

10模块

12结构元件

14基本框架

16桁架元件

18分隔壁

20顶板

22单元结构

X水平方向

Y竖直方向

Z水平方向