蓄熱器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種蓄熱器，所述蓄熱器包括被放置在室(14)中的儲(chǔ)能介質(zhì)(12)的床(11)，所述室包括外殼(34)和放置在所述外殼和所述儲(chǔ)能介質(zhì)之間的保護(hù)層(22)，所述保護(hù)層(22)與所述儲(chǔ)能介質(zhì)接觸，具有大于50mm的最小厚度，且至少部分地包括保護(hù)材料，以基于氧化物的重量百分比計(jì)，所述保護(hù)材料的組成滿足：-Fe2O3+Al2O3+CaO+TiO2+SiO2+Na2O+K2O>80％，和-其他氧化物：補(bǔ)充至100％。
【專利說明】蓄熱器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種儲(chǔ)熱蓄熱器，以及涉及一種包括該蓄熱器的熱裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]能量(例如，熱能)的儲(chǔ)存，用來及時(shí)改變所述能量的產(chǎn)生和消耗。
[0003]熱能儲(chǔ)存也可用于利用軟能源，例如，太陽能，該能源是可再生的，但間歇地形成。能量儲(chǔ)存也可用于利用在“非高峰”時(shí)間(在該“非高峰”時(shí)間期間，電費(fèi)是最低的)和“高峰”時(shí)間(在該“高峰”時(shí)間期間，電費(fèi)是最高的)之間的電價(jià)的差異。例如，在產(chǎn)生被儲(chǔ)存在熱蓄熱器中的熱能的壓縮空氣能量儲(chǔ)存的情況下，消耗電力的壓縮階段在非高峰時(shí)間期間以最低的成本被有利地進(jìn)行，而產(chǎn)生電力的膨脹階段在高峰時(shí)間期間進(jìn)行，以便根據(jù)需要，以有利的電費(fèi)，提供可被注入到輸電網(wǎng)中的電力。
[0004]照慣例，熱能被儲(chǔ)存在蓄熱器的儲(chǔ)能介質(zhì)的填充床中，例如，在卵石床中。
[0005]通過傳熱流體流和蓄熱器之間的熱交換的儲(chǔ)存操作，照慣例被稱為“充注階段”，在充注期間進(jìn)入蓄熱器的傳熱流體被稱為充注傳熱流體。
[0006]熱能的傳遞可引起這些儲(chǔ)能介質(zhì)的溫度的增加(明顯的儲(chǔ)熱)和/或這些介質(zhì)的相變(潛在的儲(chǔ)熱)。
[0007]然后，通過傳熱流體流和儲(chǔ)能介質(zhì)之間的熱交換，所儲(chǔ)存的熱能可被還原。照慣例，該操作被稱為釋放階段，在釋放期間進(jìn)入蓄熱器的傳熱流體被稱為釋放傳熱流體，在充注階段結(jié)束和在釋放階段開始之間經(jīng)過的時(shí)間被稱為儲(chǔ)存時(shí)間。
[0008]“A review on packed bed solar energy storage systems”， Renewable andSustainable Energy Reviews, 14(2010),第 1059 頁-第 1069 頁,描述了蓄熱器領(lǐng)域的現(xiàn)有技術(shù)。
[0009]在蓄熱器的運(yùn)行期間，特別當(dāng)傳熱流體為潮濕空氣時(shí)，空氣中的水分的冷凝物腐蝕蓄熱器的材料。此外，在高壓下，存在于空氣中的水分會(huì)冷凝且與存在的其他冷凝物或污染物混合。于是，其他的冷凝物或污染物可使水變酸，因此是腐蝕性的。這引起蓄熱器的使用壽命的顯著降低(在工業(yè)裝置中，該使用壽命應(yīng)該是長于20年，或甚至長于30年)，因此引起整個(gè)成本的增加。
[0010]因此，存在增加蓄熱器的使用壽命的需求，特別是關(guān)于腐蝕性的酸腐蝕，特別在高于350°C、或甚至高于500°C的工作溫度下，尤其是對于通過潮濕空氣充注的蓄熱器。
[0011]本發(fā)明的目的是至少部分地滿足該需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]根據(jù)本發(fā)明，利用蓄熱器、特別是顯熱蓄熱器實(shí)現(xiàn)該目的，所述蓄熱器包括被放置在室中的儲(chǔ)能介質(zhì)的床，所述室包括外殼和放置在所述外殼和所述儲(chǔ)能介質(zhì)之間的保護(hù)層，所述保護(hù)層與所述儲(chǔ)能介質(zhì)接觸，具有大于50mm的最小厚度，且至少部分地，優(yōu)選全部地包括保護(hù)材料，以基于氧化物的重量百分比計(jì)，所述保護(hù)材料的組成滿足:
[0013]-Fe203+Al203+Ca0+Ti02+Si02+Na20+K20>80 %，和
[0014]-其他氧化物:補(bǔ)充至100%。
[0015]發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，根據(jù)本發(fā)明的蓄熱器具有更長的使用壽命，特別是在根據(jù)本發(fā)明的應(yīng)用中，其中，儲(chǔ)能介質(zhì)與酸性液體接觸。
[0016]在第一實(shí)施方式中，保護(hù)層的材料或保護(hù)材料的組成優(yōu)選滿足:
[0017]-Fe203+Al203+Si02>80 %，優(yōu)選 Fe203+Al203+Si02>90 %，和 / 或
[0018]-Al203>60 %，優(yōu)選 Al203>85 %，優(yōu)選 Al203>95 %，和 / 或
[0019]-Fe203〈20%，優(yōu)選 Fe203〈10%，優(yōu)選 Fe203〈3%，和 / 或
[0020]-Si02〈10 %，優(yōu)選 Si02〈5 %，優(yōu)選 Si02〈2 %，和 / 或[0021 ] -Ca0<2 %，優(yōu)選 Ca0〈 I %，優(yōu)選 Ca0〈0.5 %，和 / 或
[0022]-Na20+K20〈0.5 %，優(yōu)選 Na20+K20〈0.3 %，優(yōu)選 Na20+K20〈0.2 %。
[0023]在第二實(shí)施方式中，保護(hù)材料的組成優(yōu)選滿足:
[0024]-25 % <Fe203<70 %，優(yōu)選 Fe2O3MO %，和
[0025]-5 % <A1203<30 %，優(yōu)選 Al203〈20 %，和
[0026]-Ca0〈20 %，優(yōu)選 Ca0>3 %，和
[0027]-Ti02〈25%，優(yōu)選 Ti02>5%，和
[0028]-3% <Si02〈50%，優(yōu)選 Si02>5%和 / 或 Si02〈20%，和
[0029]-Na20+K20〈10 %，優(yōu)選 Na20+K20〈5 %，和
[0030]-其他氧化物〈5%，優(yōu)選其他氧化物〈3 %。
[0031]優(yōu)選地，保護(hù)材料的大多數(shù)化合物選自氧化鋁、鋁土礦、尖晶石MgAl2O4、莫來石、黑招.丐石CaAl12O19、欽酸招、及其組合。
[0032]甚至更優(yōu)選地，保護(hù)材料具有:
[0033]-低于20%，優(yōu)選低于10%，優(yōu)選低于5%的開孔孔隙度，和
[0034]-高于50MPa，優(yōu)選高于70MPa，優(yōu)選高于90MPa的壓縮強(qiáng)度，和
[0035]-高于350°C,優(yōu)選高于700 °C,優(yōu)選高于900 V的耐熱溫度(pyroscopicresistance)。
[0036]優(yōu)選地，保護(hù)層的最小厚度大于100mm,優(yōu)選大于150mm。
[0037]優(yōu)選地，保護(hù)層被孔貫穿。
[0038]保護(hù)層還用來將絕緣層放置在外殼內(nèi)部，放置在外殼和保護(hù)層之間。有利地，絕緣層，如同外殼，被保護(hù)層保護(hù)。因此，保護(hù)層可有助于維持絕緣層在適當(dāng)?shù)奈恢谩Ｒ虼?，絕緣層的性質(zhì)(絕緣層的類型、絕緣層的厚度、絕緣層的形式等)不受需要的引導(dǎo)，以抵抗施加于室中的應(yīng)力。
[0039]對于室，特別有利的是包括保護(hù)層和絕緣層，這兩個(gè)層有助于向蓄熱器給予高的效率和長的使用壽命。
[0040]優(yōu)選地，絕緣層在外殼和保護(hù)層之間延伸，絕緣層的熱阻R1大于0.1m2.Κ/Ι，優(yōu)選大于0.2m2.K/W，優(yōu)選大于0.3m2.K/W，優(yōu)選大于0.4m2.K/W，或甚至大于Im2.K/W，或甚至大于1.5m2.K/ff,或甚至大于2m2.K/ff,或甚至大于2.2m2.K/W。
[0041]絕緣層包括被稱為絕緣材料的材料，或甚至由被稱為絕緣材料的材料構(gòu)成。優(yōu)選地:
[0042]-絕緣材料的熱導(dǎo)率低于2W/m.K，優(yōu)選低于1.5ff/m.K，和/或
[0043]-絕緣層的機(jī)械壓縮強(qiáng)度大于IMPa，優(yōu)選大于2MPa，優(yōu)選大于5MPa，和/或
[0044]-在500°C下所測量的絕緣材料的線性熱膨脹系數(shù)低于0.5%，優(yōu)選低于0.4%。
[0045]優(yōu)選地，絕緣層的最小厚度大于150mm，優(yōu)選大于300mm。
[0046]甚至更優(yōu)選地，
[0047]-絕緣材料的二氧化硅含量低于50%，優(yōu)選低于10%，優(yōu)選低于I%，和/或
[0048]-絕緣材料的CaO含量低于10%，優(yōu)選低于5 %，優(yōu)選低于2 %，和/或
[0049]-絕緣材料的氧化鋁含量高于40%，優(yōu)選高于60 %，優(yōu)選高于80 %。
[0050]優(yōu)選地，絕緣材料的大多數(shù)化合物選自剛玉、尖晶石MgAl2O4、煅燒粘土、莫來石、黑招.丐石CaAl12O19、欽酸招、招土礦、及其組合。
[0051]還特別有利的是在保護(hù)層和絕緣層之間具有中間層，以促進(jìn)滑動(dòng)，且調(diào)節(jié)保護(hù)層和絕緣層之間的熱膨脹的差異。
[0052]優(yōu)選地，中間層的最大厚度低于10mm，且優(yōu)選地，包括纖維材料，或甚至由纖維材料構(gòu)成。
[0053]優(yōu)選地，中間層包括含量大于30%，優(yōu)選大于70%，優(yōu)選大于90%的氧化鋁。
[0054]優(yōu)選地，中間層的熱阻Rpi大于0.05m2.K/ff,優(yōu)選大于0.1m2.K/W。
[0055]床的重量可大于700公噸。
[0056]本發(fā)明還涉及熱裝置，該熱裝置包括:
[0057]-產(chǎn)生熱能的單元，例如熔爐、太陽能塔、壓縮機(jī)，和
[0058]-根據(jù)本發(fā)明的蓄熱器，和
[0059]-循環(huán)裝置，所述循環(huán)裝置在充注階段期間，使充注傳熱流體從產(chǎn)生熱能的單元循環(huán)至蓄熱器，然后通過所述蓄熱器。
[0060]在實(shí)施方式中，來自所述產(chǎn)生熱能的單元的傳熱流體在所述蓄熱器中冷凝成酸性液體的形式，和/或以低于1000°c且高于350°C，或甚至低于800°C且高于500°C的溫度進(jìn)入蓄熱器。
[0061]根據(jù)本發(fā)明的蓄熱器特別適合于在這些條件下。
[0062]產(chǎn)生熱能的單元可以包括壓縮機(jī)。
[0063]在實(shí)施方式中，熱裝置還包括熱能消耗單元，循環(huán)裝置在釋放階段期間，使釋放傳熱流體通過所述蓄熱器，然后從所述蓄熱器循環(huán)至熱能消耗單元。熱能消耗單元可包括渦輪機(jī)。
[0064]本發(fā)明還涉及一種用于運(yùn)行根據(jù)本發(fā)明的熱裝置的方法，調(diào)整蓄熱器的絕緣層，使得在運(yùn)行條件下，在充注循環(huán)和釋放循環(huán)結(jié)束時(shí)，來自蓄熱器的熱損失低于10%，也就是說，在釋放階段結(jié)束時(shí)復(fù)原的能量高于在充注階段結(jié)束時(shí)注入到蓄熱器中的總能量的90 %。優(yōu)選地，這些損失低于8 %，優(yōu)選低于5 %，優(yōu)選低于3 %，優(yōu)選低于I %，優(yōu)選地，儲(chǔ)存時(shí)間短于48小時(shí)，優(yōu)選短于24小時(shí)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0065]根據(jù)接下來的描述和實(shí)施例以及對附圖的審閱，本發(fā)明的其他目的、方面、性能和優(yōu)點(diǎn)將進(jìn)一步顯現(xiàn)，其中:
[0066]-圖1a和圖1b示意性地示出分別在充注階段和釋放階段期間的根據(jù)本發(fā)明的熱裝置；
[0067]-圖2示意性地示出在圖1中的熱裝置的蓄熱器；
[0068]-圖3示出在圖2中的蓄熱器的側(cè)壁的一部分的透視圖。
[0069]在各個(gè)附圖中，相同的附圖標(biāo)記被用來表示相同的或相似的部件。
[0070]
[0071]“產(chǎn)生熱能的單元”不僅指特別用來產(chǎn)生熱能的單元，像太陽能塔，還指當(dāng)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生熱能的單元，例如壓縮機(jī)。
[0072]術(shù)語“熱裝置”在廣義上也應(yīng)被理解為指任何包括產(chǎn)生熱能的單元的裝置。
[0073]術(shù)語“熱能消耗單元”表示能夠接收熱能的元件。特別地，該元件可使消耗單元的溫度增加(例如，在加熱建筑物的情況下)和/或轉(zhuǎn)化成機(jī)械能(例如，在燃?xì)廨啓C(jī)中)。
[0074]在本描述中，為了清晰，術(shù)語“充注傳熱流體”和“釋放傳熱流體”意為分別在充注階段期間和在釋放階段期間，在蓄熱器中流動(dòng)的傳熱流體。
[0075]儲(chǔ)能介質(zhì)的“床”意為一組至少部分地在彼此上重疊的這種介質(zhì)。
[0076]“預(yù)成型體”照慣例指一組通常是臨時(shí)地被粘合劑連接的顆粒，且在燒結(jié)期間，其微觀結(jié)構(gòu)逐步形成。
[0077]“燒結(jié)”意為熱處理，通過該熱處理，預(yù)成型體的顆粒被加工，以形成將所述預(yù)成型體的其他顆粒結(jié)合在一起的基質(zhì)。
[0078]為了清晰，術(shù)語“赤泥”意為由用于生產(chǎn)氧化鋁和相應(yīng)的干燥產(chǎn)品的方法產(chǎn)生的液體的或漿狀的副產(chǎn)品。
[0079]根據(jù)行業(yè)中的通常慣例，氧化物含量與對于每種以最穩(wěn)定的氧化物形式表示的相應(yīng)的化學(xué)元素的總含量有關(guān)。
[0080]除非特別說明，基于氧化物，所有的百分比為重量百分比。
[0081 ] “含有一”或“包括一”意為“包括至少一個(gè)”，除非特別說明。

【具體實(shí)施方式】
_2] 熱裝置
[0083]如在圖1中所示，根據(jù)本發(fā)明的熱裝置2包括產(chǎn)生熱能的單元4、可選地?zé)崮芟膯卧?、循環(huán)裝置7、可選地未示出的腔體、和蓄熱器10。
[0084]產(chǎn)生熱能的單元4可用于產(chǎn)生熱能，例如，熔爐或太陽能塔。
[0085]所述循環(huán)裝置在充注階段，使充注傳熱流體從產(chǎn)生熱能的單元循環(huán)至蓄熱器，然后通過所述蓄熱器。
[0086]在實(shí)施方式中，產(chǎn)生熱能的單元包括壓縮機(jī)或甚至由壓縮機(jī)組成，例如，由焚化廠或發(fā)電廠，特別是熱能發(fā)電廠、太陽能發(fā)電廠、風(fēng)能發(fā)電廠、水力發(fā)電廠或潮汐發(fā)電廠，以機(jī)械方式或電氣方式供給的壓縮機(jī)。
[0087]氣態(tài)流體(優(yōu)選絕熱的氣態(tài)流體)的壓縮，通過增加其壓力和其溫度，引起能量在其中的儲(chǔ)存。
[0088]由壓力的增加而產(chǎn)生的能量可通過儲(chǔ)存承壓流體而被儲(chǔ)存。該能量的復(fù)原可源自膨脹，例如在渦輪機(jī)中。
[0089]由溫度的增加而產(chǎn)生的能量可被儲(chǔ)存在根據(jù)本發(fā)明的蓄熱器中。于是，該能量的復(fù)原源自與蓄熱器的熱交換。
[0090]熱能可以為生產(chǎn)的副產(chǎn)品，也就是說，可不被如此期望。
[0091]優(yōu)選地，產(chǎn)生熱能的單元產(chǎn)生多于50kW、或甚至多于10kW的熱能，或甚至多于300kW、或甚至多于1MW、或甚至多于5MW的熱能。事實(shí)上，本發(fā)明特別用于高容量工業(yè)裝置。
[0092]產(chǎn)生熱能的單元可以包括適合于與蓄熱器直接或間接熱交換的熱交換器。
[0093]優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的熱裝置包括熱能消耗單元6，在釋放階段期間，所述循環(huán)裝置使釋放傳熱流體通過所述蓄熱器，然后從所述蓄熱器循環(huán)至熱能消耗單元。
[0094]特別地，熱能消耗單元6可以為建筑物或一組建筑物、水庫、水池、與用于產(chǎn)生電力的發(fā)電機(jī)聯(lián)接的渦輪機(jī)、消耗蒸汽的工業(yè)裝置(例如，紙漿制造裝置)。
[0095]在所示的實(shí)施方式中，熱能消耗單元6包括熱交換器6a，該熱交換器6a適合于在由蓄熱器10產(chǎn)生的釋放傳熱流體(圖1b)和二次傳熱流體在其中流動(dòng)的二次線路6b之間進(jìn)行熱交換。二次線路被配置用于實(shí)施熱交換器6a和例如建筑物6c之間的熱交換。
[0096]循環(huán)裝置7包括充注線路7a和釋放線路7b，充注傳熱流體和釋放傳熱流體可分別流動(dòng)通過充注線路7a和釋放線路7b。這些充注線路和釋放線路分別用來在充注階段期間在產(chǎn)生熱能的單元4和蓄熱器10之間實(shí)施熱交換，以及在釋放階段期間在蓄熱器10和熱能消耗單元6之間實(shí)施熱交換。
[0097]照慣例，循環(huán)裝置7包括一組線路、閥門和受控制的泵/鼓風(fēng)機(jī)/提取器，以便使蓄熱器10選擇性地
[0098]-與產(chǎn)生熱能的單元連通，使得蓄熱器在充注階段期間(線路7a)，可以接收離開所述單元的充注傳熱流體，和
[0099]-與熱能消耗單元連通，使得在釋放階段期間(線路7b)，離開蓄熱器的被加熱的釋放傳熱流體可將熱能傳遞至所述消耗單元，
[0100]并且，以便促使充注傳熱流體和/或釋放傳熱流體流動(dòng)通過蓄熱器。
[0101]在充注階段期間進(jìn)入蓄熱器的充注傳熱流體的溫度優(yōu)選低于1000°C，或甚至低于8000C，和/或優(yōu)選高于350°C，或甚至高于500°C。
[0102]充注傳熱流體和釋放傳熱流體可以具有或不具有相同的類型。
[0103]充注傳熱流體和/或釋放傳熱流體可以是氣體，例如，空氣、蒸汽、或傳熱氣體，或者可以是液體，例如，水或熱油。
[0104]在實(shí)施方式中，儲(chǔ)能介質(zhì)永久地或臨時(shí)地與酸性液體接觸，該酸性液體的pH低于
6、或甚至低于5.5、或甚至低于5、或甚至低于4.5、或甚至低于4，特別地，該酸性液體是水性的。事實(shí)上，在這些條件下，本發(fā)明是特別有利的。
[0105]然而，本發(fā)明不受限于特別的傳熱流體。
[0106]優(yōu)選地，特別地，當(dāng)充注傳熱流體和釋放傳熱流體具有相同的類型時(shí)，并且當(dāng)充注傳熱流體(例如空氣)已經(jīng)受了產(chǎn)生于壓力的增加(例如，增至50bar,或甚至10bar,或甚至150bar)的溫度的增加時(shí)，熱裝置可包括用于臨時(shí)儲(chǔ)存從蓄熱器流出的冷卻的充注傳熱流體的腔體。腔體的體積通常大于20000m3，或甚至大于100000m3。
[0107]腔體優(yōu)選具有低的滲透性，或甚至對于充注傳熱流體是非滲透的。
[0108]在圖2中更加詳細(xì)示出的蓄熱器10包括放置在室14中的儲(chǔ)能介質(zhì)12的床11。
[0109]儲(chǔ)能介質(zhì)的床
[0110]優(yōu)選地，蓄熱器為顯熱蓄熱器，也就是說，確定儲(chǔ)能介質(zhì)的材料和充注溫度和釋放溫度，使得儲(chǔ)能介質(zhì)在熱裝置的運(yùn)行期間仍是固體的。事實(shí)上，在顯熱蓄熱器中，傳熱流體的冷凝的可能性是最高的。
[0111]優(yōu)選地，儲(chǔ)能介質(zhì)的材料結(jié)合來自尤其通過拜耳法的氧化鋁的生產(chǎn)的殘留物，特別地，所述方法被描述在1992年I月10日出版的版本T.1.的“Les techniques deI，ing6nieur，，，文章“m6tallurgie extractive de I ’ aluminium”,編號(hào) M2340 中(尤其是起始于M2340-13頁的第6章和在M2340-15頁上的圖7)。
[0112]優(yōu)選地，儲(chǔ)能介質(zhì)通過燒結(jié)產(chǎn)生于初始進(jìn)料的成形加工的預(yù)成型體而獲得，基于初始進(jìn)料的干物質(zhì)，按重量百分比表示，初始進(jìn)料包括大于10%，優(yōu)選大于30%，優(yōu)選大于50 %，優(yōu)選大于60 %，優(yōu)選大于70 %，優(yōu)選大于80 %的產(chǎn)生于拜耳法的實(shí)施的赤泥。所述赤泥可以可選地在使用之前，例如在沖洗步驟和/或干燥步驟期間被轉(zhuǎn)化。
[0113]優(yōu)選地，以基于氧化物的重量百分比計(jì)，且總數(shù)為100%，儲(chǔ)能介質(zhì)具有下面的化學(xué)分析:
[0114]-25 % <Fe203<70 %，優(yōu)選 Fe203〈65 %，或甚至 Fe203〈60 %，和 / 或優(yōu)選 Fe203>30 %，優(yōu)選 Fe203>35 %，優(yōu)選 Fe2O3MO %，或甚至 Fe203>45 %，或甚至 Fe203>50 %，和
[0115]-5% <A1203<30 %，優(yōu)選 Al203〈20 %，和
[0116]-Ca0〈20%，和
[0117]-Ti02<25 %，優(yōu)選 Ti02〈20 %，優(yōu)選 Ti02〈15 %，和
[0118]-3 % <Si02<50 %，優(yōu)選 Si02〈40 %，優(yōu)選 Si02〈30 %，優(yōu)選 Si02〈20 %，優(yōu)選Si02〈15%，和
[0119]-Na20+K20〈 10%，或甚至 Na20+K20〈5%，和
[0120]-Fe203+Al203+Ca0+Ti02+Si02+Na20+K20>80 %，優(yōu)選 Fe203+Al203+Ca0+Ti02+Si02+Na20+K20>85 %，或甚至 Fe203+Al203+Ca0+Ti02+Si02+Na20+K20>90 %，或甚至 Fe203+Al203+Ca0+Ti02+Si02+Na20+K20>95%，和
[0121]-其他氧化物:補(bǔ)充至100%。
[0122]優(yōu)選地，儲(chǔ)能介質(zhì)包括超過90 %，優(yōu)選超過95 %，優(yōu)選超過99 %的氧化物。
[0123]優(yōu)選地，儲(chǔ)能介質(zhì)由燒結(jié)材料制成，優(yōu)選在1000°C和1500°C之間的溫度下，在該溫度下，優(yōu)選在長于0.5小時(shí)且優(yōu)選短于12小時(shí)的保持時(shí)間期間，且優(yōu)選在氧化氣氛中，優(yōu)選在空氣中，而被燒結(jié)。
[0124]儲(chǔ)能介質(zhì)12的形狀和尺寸不受限制。然而優(yōu)選地，儲(chǔ)能介質(zhì)的最小尺寸大于
0.5mm,或甚至大于Imm,或甚至大于5mm,或甚至大于Icm和/或優(yōu)選小于50cm,優(yōu)選小于25cm,優(yōu)選小于20cm,優(yōu)選小于15cm。優(yōu)選地,儲(chǔ)能介質(zhì)的最大尺寸小于10米,優(yōu)選小于5米，優(yōu)選小于I米。
[0125]特別地，像那些在US 6，889，963中描述的和/或在US 6，699，562中描述的，儲(chǔ)能介質(zhì)12可具有球和/或顆粒和/或?qū)嵭拇u和/或透孔磚的形狀，和/或十字形元素和/或雙十字形元素和/或?qū)嵭脑睾?或透孔元素。
[0126]儲(chǔ)能介質(zhì)被組裝在室14中，以便構(gòu)成床11。
[0127]床可以例如通過粘結(jié)儲(chǔ)能介質(zhì)而被組織，或者可以是無組織的(“塊體”)。例如，床可具有大量粉碎部分的形式(而沒有任何特定形狀，例如大量卵石)。
[0128]床的高度優(yōu)選大于Im,優(yōu)選大于5m,優(yōu)選大于15m,優(yōu)選大于25m,或甚至大于35m,或甚至大于50m。
[0129]床的重量優(yōu)選大于700T，優(yōu)選大于2000T，優(yōu)選大于4000T，優(yōu)選大于5000T，優(yōu)選大于7000T。
[0130]室
[0131]室14具有頂部開口 16和底部開口 18。
[0132]在實(shí)施方式中，蓄熱器的在充注階段期間充注傳熱流體進(jìn)入蓄熱器所通過的開口，為在釋放階段期間被加熱的釋放傳熱流體離開蓄熱器所通過的開口。相反地，蓄熱器的在釋放階段期間待被加熱的釋放傳熱流體進(jìn)入蓄熱器所通過的開口，為在充注階段期間被冷卻的充注傳熱流體離開蓄熱器所通過的開口。
[0133]優(yōu)選地，蓄熱器的待被加熱的釋放傳熱流體進(jìn)入蓄熱器所通過的開口為蓄熱器的底部開口 18。
[0134]優(yōu)選地，蓄熱器的被加熱的釋放傳熱流體離開蓄熱器所通過的開口為蓄熱器的頂部開口 16。
[0135]照慣例，室14包括外殼20，該外殼20通常是金屬的，例如，由不銹鋼或碳鋼制成。外殼還可包括天然腔體或人工掘開的腔體的壁，可選地，具有用于加固所述壁和/或用于找平與儲(chǔ)能介質(zhì)接觸的表面的內(nèi)襯。特別地，天然腔體的壁可以為巖石。優(yōu)選地，室14包括金屬外殼。
[0136]特別地，如果蓄熱器被掩埋，則未示出的冷卻系統(tǒng)可被提供在外殼的外面。例如，該系統(tǒng)可使空氣或液體，特別使水循環(huán)。
[0137]根據(jù)本發(fā)明，外殼20被與儲(chǔ)能介質(zhì)的接觸的保護(hù)層22內(nèi)部地保護(hù)。
[0138]保護(hù)層
[0139]保護(hù)層的材料或保護(hù)材料的組成如下:
[0140]-優(yōu)選Fe203+Al203+Ca0+Ti02+Si02+Na20+K20>85 %，或甚至 Fe203+Al203+Ca0+Ti02+Si02+Na20+K20>90% ；
[0141]-優(yōu)選Fe203+Al203+Si02>50 %，優(yōu)選 Fe203+Al203+Si02>60 %，或甚至Fe203+Al203+Si02>70 %,或甚至 Fe203+Al203+Si02>80 %, Fe203+Al203+Si02>90 %,Fe203+Al203+Si02>95% ；
[0142]-優(yōu)選地，Mg0、P205以及它們的混合物占其他氧化物的超過90%、超過95%、或甚至基本上100%。
[0143]在第一優(yōu)選實(shí)施方式中:
[0144]-Al203>60 %，優(yōu)選 Al203>70 %，優(yōu)選 Al203>80 %，優(yōu)選 Al203>85 %，優(yōu)選 Al203>90 %，或甚至Al203>95 %，或甚至Al203>98 %，或甚至Al203>99 %。有利地，因此提高了對于可被包含在傳熱流體中的侵蝕化學(xué)試劑的攻擊的抵抗力、以及尺寸穩(wěn)定性；
[0145]-Fe203<20 %，優(yōu)選 Fe203〈 15%,優(yōu)選 Fe203〈 10 %，優(yōu)選 Fe203〈5 %，優(yōu)選 Fe203〈3 %，優(yōu)選 Fe203〈l% ；
[0146]-Si02〈10 %，優(yōu)選 Si02〈8 %，優(yōu)選 Si02〈7 %，優(yōu)選 Si02〈5 %，或甚至 Si02〈4 %，或甚至3102〈3<%，或甚至5102〈2%。有利地，因此降低了通過可包含在傳熱流體中的任何蒸汽的降解；
[0147]-Ca0〈2%，優(yōu)選Ca0〈l%，優(yōu)選Ca0〈0.5%。有利地，因此降低了由于由CaO與可被包含在傳熱流體中的CO2的反應(yīng)而引起的碳化作用的降解；
[0148]-保護(hù)材料不具有基于含有CaO的水泥的粘合劑；
[0149]-Na20+K20<0.5%，優(yōu)選Na20+K20〈0.3%，優(yōu)選Na20+K20〈0.2%。有利地，因此降低了由于受到溶脹，特別由于傳熱流體中的蒸汽的存在的產(chǎn)品的形成，而引起的保護(hù)材料的降解。
[0150]在第二實(shí)施方式中，保護(hù)材料可具有下面的可選特征中的一種或多種:
[0151]-以基于氧化物的重量百分比計(jì)，且總數(shù)為100%，所述保護(hù)材料具有如下組成:
[0152]-25 % <Fe203<70 %，和
[0153]-5% <A1203〈30%，和
[0154]-Ca0〈20%，和
[0155]-Ti02〈25%，和
[0156]-3% <Si02〈50%，和
[0157]-Na20+K20〈 10%，和
[0158]-其他氧化物〈5%。
[0159]-所述保護(hù)材料的Fe2O3的含量優(yōu)選大于30%,優(yōu)選大于35%,優(yōu)選大于40%,或甚至大于45 %,或甚至大于50 %,或甚至大于60 %,和/或優(yōu)選小于65 %。
[0160]-Fe203+Al203>40 %，優(yōu)選 Fe203+Al203>50 %，或甚至 Fe203+Al203>60 %，或甚至Fe203+Al203>70% ；
[0161]-所述保護(hù)材料的Al2O3的含量優(yōu)選小于25%,優(yōu)選小于20%；
[0162]-所述保護(hù)材料的CaO的含量優(yōu)選大于3%，或甚至大于5 %，或甚至大于10% ；
[0163]-所述保護(hù)材料的T12的含量優(yōu)選大于5%，或甚至大于10%，和/或優(yōu)選小于20%，優(yōu)選小于15% ；
[0164]-所述保護(hù)材料的S12的含量優(yōu)選大于5%，或甚至大于8%，和/或小于40%，優(yōu)選小于30%，優(yōu)選小于20%，優(yōu)選小于15% ;
[0165]-所述保護(hù)材料的Na2CHK2O的含量優(yōu)選小于5% ；
[0166]-以基于氧化物的重量百分比表示，所述保護(hù)材料的“其他氧化物”的含量優(yōu)選小于3%，或甚至小于2% ；
[0167]-優(yōu)選地，以重量百分比計(jì)，保護(hù)材料包括超過90%，優(yōu)選超過95 %，優(yōu)選超過99%，或甚至基本上100%的氧化物。
[0168]優(yōu)選地，保護(hù)材料的主要化合物選自氧化鋁，特別是剛玉、鋁土礦、尖晶石MgAl204、莫來石、黑鋁鈣石CaAl12O19、鈦酸鋁、及其組合，優(yōu)選剛玉、鋁土礦、和尖晶石MgAl204。
[0169]保護(hù)材料的開孔孔隙度優(yōu)選低于20%，優(yōu)選低于18%，優(yōu)選低于15%，優(yōu)選低于12%,優(yōu)選低于10%，優(yōu)選低于8%，優(yōu)選低于6%，優(yōu)選低于5%，或甚至低于4%，或甚至低于3%。
[0170]保護(hù)材料的壓縮強(qiáng)度優(yōu)選高于50MPa，優(yōu)選高于60MPa，優(yōu)選高于70MPa，或甚至高于90MPa。有利地，因此提高了對于儲(chǔ)能介質(zhì)的穿刺的抵抗力，尤其當(dāng)儲(chǔ)能介質(zhì)被成堆放置時(shí)，因此，降低了保護(hù)層的機(jī)械損傷，增加了蓄熱器的使用壽命。
[0171]保護(hù)材料優(yōu)選具有高于在充注期間進(jìn)入蓄熱器的傳熱流體的溫度的耐熱溫度。優(yōu)選地，保護(hù)材料的耐熱溫度高于350°C，高于500°C，高于700°C，高于800°C，高于900°C，高于 1000Co
[0172]本領(lǐng)域的技術(shù)人員知道如何修改開孔孔隙度、壓縮強(qiáng)度和耐熱溫度。
[0173]保護(hù)層的最小厚度，優(yōu)選平均厚度，優(yōu)選大于75mm,優(yōu)選大于10mm,優(yōu)選大于150mm,優(yōu)選大于180mm,和/或優(yōu)選小于500mm,優(yōu)選小于400mm,優(yōu)選小于300mm,優(yōu)選小于250mmo
[0174]優(yōu)選調(diào)整保護(hù)層的厚度和保護(hù)材料的類型，使得尤其當(dāng)傳熱流體為空氣和/或水蒸氣時(shí)，冷凝等溫線位于保護(hù)層的厚度中。有利地，水的滲透因此被延遲，蓄熱器的使用壽命因此增加。
[0175]保護(hù)材料可以是熔融制品、澆注制品或燒結(jié)制品。特別地，保護(hù)材料可以是混凝土(優(yōu)選自澆筑的)、或者泥磚(干的或濕的)。優(yōu)選地，保護(hù)材料為混凝土。
[0176]保護(hù)材料的成形加工可產(chǎn)生于澆注(特別是振動(dòng)澆筑)、壓制(特別是振動(dòng)壓制、或等靜壓制)、撞錘、擠壓、或這些眾所周知的技術(shù)的組合。優(yōu)選地，保護(hù)材料的成形加工產(chǎn)生于振動(dòng)燒筑或壓制。
[0177]如圖3所示，保護(hù)材料優(yōu)選包括一排成形部件或“塊體”，這些塊體的形狀不受限制。
[0178]例如，保護(hù)層可具有疊加在彼此上的環(huán)形塊體的組件的形式。
[0179]優(yōu)選地，如圖3所示，磚塊具有互補(bǔ)的形狀，能使它們的嵌套例如具有槽形的邊緣或凸起的邊緣。
[0180]優(yōu)選地，塊體優(yōu)選通過接合材料(例如，水泥漿、砂漿或泥漿)而被接合，接合技術(shù)對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員是熟知的。
[0181]優(yōu)選地，以基于氧化物的重量百分比計(jì)，接合材料的氧化鋁的含量高于80%，優(yōu)選高于85 %，優(yōu)選高于90 %，或甚至高于95 %。
[0182]特別地，如果蓄熱器是小型的，則保護(hù)層也可以處于單件的形式。
[0183]保護(hù)層可產(chǎn)生于原位地(在蓄熱器中)或不是原位地成形加工，特別是澆注(保護(hù)層或其部件(塊體)在蓄熱器中組裝之前被成形加工)。優(yōu)選地，保護(hù)層被原位成形加工。
[0184]優(yōu)選地，保護(hù)層含有少于10 %的水，優(yōu)選少于7 %，優(yōu)選少于5 %，或甚至少于3 %，或甚至少于2%，或甚至少于1%的水。有利地，因此加速了蓄熱器的溫度上升。
[0185]在實(shí)施方式中，孔23優(yōu)選在保護(hù)層的厚度的方向上貫穿保護(hù)層。特別地，這些孔可被制成通過接合部或通過塊體。例如這些所鉆的孔可例如具有在3mm和1mm之間的，例如5mm的等效直徑。優(yōu)選地，這些孔被均勻分布，例如以每個(gè)塊體中一個(gè)孔的比例，例如在每個(gè)塊體的中心，或根據(jù)預(yù)先確定的網(wǎng)格，例如具有Im邊長的正方網(wǎng)格。
[0186]有利地，這些孔用來平衡在保護(hù)層的任一邊上的壓力。因此增加了保護(hù)層的使用壽命。
[0187]在另一個(gè)實(shí)施方式中，保護(hù)層在外殼和儲(chǔ)能介質(zhì)之間形成非滲透性的屏障。
[0188]優(yōu)選地，絕緣層24在外殼20和保護(hù)層22之間延伸。
[0189]絕緣層的熱阻R1優(yōu)選大于0.1m2.K/W，優(yōu)選大于0.2m2.K/W，優(yōu)選大于0.3m2.K/W，優(yōu)選大于0.4m2.K/ff,或甚至大于Im2.K/ff,或甚至大于1.5m2.K/ff,或甚至大于2m2.K/W,或甚至大于2.2m2.K/W。
[0190]絕緣層的材料(稱為“絕緣材料”)的熱導(dǎo)率優(yōu)選比保護(hù)材料的熱導(dǎo)率低大于20 %，優(yōu)選大于50 %，或甚至比保護(hù)材料的熱導(dǎo)率低大于70 %。優(yōu)選地，絕緣材料的熱導(dǎo)率低于2W/m.K，優(yōu)選低于1.5ff/m.K，優(yōu)選低于lW/m.K。在特定的實(shí)施方式中，絕緣材料的熱導(dǎo)率在lW/m.K和1.5ff/m.K之間。
[0191]絕緣層的最小厚度,或甚至平均厚度優(yōu)選大于150mm，優(yōu)選大于200mm，優(yōu)選大于300mm,優(yōu)選大于400mm,和/或小于600mm。
[0192]在特定實(shí)施方式中，絕緣材料的熱導(dǎo)率在lW/m.K和1.5ff/m.K之間，絕緣層的平均厚度大于150mm,優(yōu)選大于200mm。
[0193]在特定實(shí)施方式中，絕緣材料的熱導(dǎo)率在1.5ff/m.K和2W/m.K之間，絕緣層的平均厚度大于300mm,優(yōu)選大于400mm。
[0194]優(yōu)選地，絕緣材料的機(jī)械壓縮強(qiáng)度高于IMPa，優(yōu)選高于2MPa，或甚至高于3MPa，或甚至高于5MPa。有利地，絕緣材料的機(jī)械強(qiáng)度因此有助于蓄熱器壁的機(jī)械強(qiáng)度。
[0195]在500°C下所測量的絕緣材料的線性熱膨脹系數(shù)優(yōu)選低于15.1-6oC ―1，優(yōu)選低于10.1(T6°C '或甚至低于 8.1(T6°C '
[0196]本領(lǐng)域的技術(shù)人員知道如何修改絕緣材料的熱導(dǎo)率、機(jī)械壓縮強(qiáng)度和線性熱膨脹系數(shù)。
[0197]絕緣材料優(yōu)選包括其質(zhì)量的大于90 %，優(yōu)選大于95 %，優(yōu)選大于99 %，優(yōu)選基本上為100%的氧化物。
[0198]優(yōu)選地，絕緣材料為陶瓷材料。優(yōu)選地，以基于氧化物的重量百分比計(jì)，絕緣材料具有如下的化學(xué)組成:Fe203+Al203+Si02+Zr02>60 %，優(yōu)選 Fe203+Al203+Si02+Zr02>70 %，優(yōu)選Fe203+Al203+Si02+Zr02>80 %，優(yōu)選 Fe203+Al203+Si02+Zr02>90 %。優(yōu)選地，至 100 % 的補(bǔ)足物包括氧化物，該氧化物優(yōu)選地選自Ti02、CaO、MgO, K2O, Na2O, P2O5、及其混合物。
[0199]優(yōu)選地，以基于氧化物的重量百分比計(jì)，絕緣材料的二氧化硅含量低于50%，或甚至低于40 %，或甚至低于30 %，或甚至低于10 %，或甚至低于I %。有利地，因此降低了由易于在絕緣層的厚度中冷凝的侵蝕化學(xué)試劑(例如，苛性鈉)引起的腐蝕。
[0200]優(yōu)選地，以基于氧化物的重量百分比計(jì)，絕緣材料的CaO含量低于10%，優(yōu)選低于5%，優(yōu)選低于2%，優(yōu)選低于1%。有利地，因此降低了絕緣材料的碳化靈敏度，從而增加了蓄熱器的使用壽命。
[0201]優(yōu)選地，以基于氧化物的重量百分比計(jì)，絕緣材料的氧化鋁含量高于40%，優(yōu)選高于50 %，優(yōu)選高于60 %，優(yōu)選高于65 %，優(yōu)選高于70 %，或甚至高于80 %，或甚至高于90%。
[0202]優(yōu)選地，絕緣材料的大多數(shù)化合物(具有最多重量含量的組分)選自剛玉、尖晶石MgAl2O4、煅燒粘土、莫來石、黑鋁鈣石CaAl 12019、鈦酸鋁、鋁土礦、及其組合。
[0203]絕緣材料可以是熔融材料、澆注材料或燒結(jié)材料。特別地，絕緣材料可以是混凝土(優(yōu)選自澆筑的)、泥塊(干的或濕的)。優(yōu)選地，絕緣材料為混凝土。優(yōu)選地，絕緣材料為通過撞錘設(shè)置的干泥塊，或優(yōu)選自澆筑的混凝土。
[0204]絕緣材料的成形加工可產(chǎn)生于澆注(特別是振動(dòng)澆注)、壓制(特別是振動(dòng)壓制、或等靜壓制)、沖壓、擠壓、或這些眾所周知的技術(shù)的組合。優(yōu)選地，絕緣材料的成形加工產(chǎn)生于振動(dòng)燒筑或壓制。
[0205]絕緣層優(yōu)選包括一排成形部件、或“塊體”，這些塊體的形狀不受限制。優(yōu)選地，塊體優(yōu)選通過接合材料(例如，水泥漿、砂漿或泥漿)而被接合。優(yōu)選地，絕緣層的塊體的接合部相對于保護(hù)層的接合部偏移。因此提高了外殼的保護(hù)。
[0206]特別地，如果蓄熱器是小的，絕緣層還可以處于單件的形式。
[0207]絕緣層可產(chǎn)生于原位地(在蓄熱器中)或不是原位地成形加工，特別是澆注(絕緣層或其部件(塊體)在蓄熱器中組裝之前被成形加工)。優(yōu)選地，絕緣層被原位成形加工。
[0208]優(yōu)選地，絕緣層含有少于10 %的水，優(yōu)選少于7 %，優(yōu)選少于5 %，或甚至少于3 %，或甚至少于2%，或甚至少于1%的水。有利地，因此加速了蓄熱器的溫度上升。
[0209]優(yōu)選地，中間層26在保護(hù)層22和絕緣層24之間延伸。尤其在充注循環(huán)和釋放循環(huán)期間，中間層用來促進(jìn)滑動(dòng)，且用來調(diào)節(jié)保護(hù)層和絕緣層之間的熱膨脹的差異。
[0210]優(yōu)選地，如圖3所示，中間層平行于保護(hù)層的外面，優(yōu)選與所述外面接觸地延伸。
[0211]中間層可包括纖維材料，特別是紙板和/或交錯(cuò)纖維的混合物，優(yōu)選纖維的混合物，或甚至由纖維材料，特別是紙板和/或交錯(cuò)纖維的混合物，優(yōu)選纖維的混合物構(gòu)成。纖維混合物優(yōu)選處于板和/或片材的形式，是編織的或非編織的。優(yōu)選地，纖維為陶瓷纖維。
[0212]中間層的最大厚度優(yōu)選低于1mm,優(yōu)選低于8mm,優(yōu)選低于6mm,優(yōu)選低于5mm。
[0213]在實(shí)施方式中，中間層的氧化鋁含量高于30 %，優(yōu)選高于50 %，優(yōu)選高于70 %，優(yōu)選聞?dòng)?0*%，優(yōu)選聞?dòng)?0%，優(yōu)選聞?dòng)?5%，優(yōu)選聞?dòng)?9。
[0214]優(yōu)選地，中間層的熱阻Rpi高于0.05m2.K/ff,優(yōu)選高于0.1m2.K/W。
[0215]在優(yōu)選的實(shí)施方式中，在已放置保護(hù)層之后，通過填充保留在所述保護(hù)層和外殼之間的空間，原位制備絕緣層。
[0216]優(yōu)選地，在所述填充之前，中間層被放置在該空間中，優(yōu)選與保護(hù)層接觸。
[0217]室的壁包括上壁30、下壁32和側(cè)壁34。保護(hù)層，優(yōu)選絕緣層和優(yōu)選中間層至少延伸到側(cè)壁34中，優(yōu)選至少延伸到側(cè)壁34的面向儲(chǔ)能介質(zhì)的床的整個(gè)部分中。它們也可延伸到下壁32中和/或上壁30中。
[0218]在特定實(shí)施方式中，蓄熱器包括
[0219]〇保護(hù)層，該保護(hù)層具有:
[0220].低于20%，優(yōu)選低于18%，優(yōu)選低于15%，優(yōu)選低于12%，優(yōu)選低于10%，優(yōu)選低于8 %，優(yōu)選低于6 %，優(yōu)選低于5 %，或甚至優(yōu)選低于4 %，或甚至優(yōu)選低于3 %的開孔孔隙度，和
[0221].高于50MPa，優(yōu)選高于60MPa，優(yōu)選高于70MPa，甚至高于90MPa的壓縮強(qiáng)度，和
[0222].高于350°C，優(yōu)選高于700°C，優(yōu)選高于900°C的耐熱溫度，和
[0223]?在 0.0lm2.K/ff 和 0.05m2.K/ff 之間的熱阻 Rp,和
[0224]〇絕緣層，該絕緣層具有:
[0225].高于IMPa，優(yōu)選高于2MPa，或甚至3MPa，或甚至5MPa的壓縮強(qiáng)度，和
[0226]?該絕緣層由具有高于0.20m2.Κ/Ι，優(yōu)選高于0.43m2.Κ/Ι，或甚至高于2.21m2 ?K/W的熱阻R1的絕緣材料制成。
[0227]如果R(b)高于0.20m2.K/ff,則該蓄熱器在充注循環(huán)和釋放循環(huán)結(jié)束時(shí)的熱損失低于10%，如果R(b)高于0.43m2.K/W，則熱損失低于5%，如果R(b)高于2.21m2.K/W，則熱損失甚至低于I%。
[0228]運(yùn)行
[0229]蓄熱器經(jīng)歷了定期的或不定期的一系列“循環(huán)”，每個(gè)循環(huán)包括充注階段、可選地等待階段、然后是釋放階段。定期循環(huán)的持續(xù)時(shí)間通常長于0.5小時(shí)，或甚至長于2小時(shí)，和/或短于48小時(shí)，或甚至短于24小時(shí)。
[0230]在充注階段期間，充注傳熱流體以溫度Tc (優(yōu)選基本上恒定的)，且通常通過蓄熱器的頂部開口 16，進(jìn)入蓄熱器。優(yōu)選地，在其充注期間進(jìn)入蓄熱器的充注傳熱流體的溫度Tc低于1000°C，或甚至低于800°C，和/或優(yōu)選高于350°C，或甚至高于500°C。
[0231]然后，充注傳熱流體繼續(xù)其在蓄熱器中的路線(圖1a中的箭頭)，同時(shí)加熱與其接觸的儲(chǔ)能介質(zhì)。因此，充注傳熱流體的溫度逐漸下降。
[0232]當(dāng)充注傳熱流體為氣體時(shí)，特別在顯熱蓄熱器中，充注傳熱流體的冷卻可導(dǎo)致在儲(chǔ)能介質(zhì)的表面上的冷凝。
[0233]在高溫下，像特別在上文中所考慮的那些高溫下，冷凝物會(huì)是高度腐蝕性的。
[0234]在釋放階段期間，釋放傳熱流體以溫度Td (優(yōu)選基本上恒定的)，通常通過蓄熱器的頂部開口 18，進(jìn)入蓄熱器。然后，傳熱流體繼續(xù)其在蓄熱器中的路線(圖1b中的箭頭)，同時(shí)冷卻與其接觸的儲(chǔ)能介質(zhì)。因此，傳熱流體的溫度逐漸增加。
[0235]在實(shí)施方式中，蓄熱器的絕緣層被調(diào)整，使得在運(yùn)行條件下，在充注循環(huán)和釋放循環(huán)結(jié)束時(shí)，蓄熱器的熱損失低于10%，優(yōu)選低于8%，優(yōu)選低于5%，或甚至低于3%，或甚至低于I %。
[0236]實(shí)施例
[0237]下面的實(shí)施例出于說明性目的而被提供，是非限制性的。
[0238]對于實(shí)施例2，在干燥之后，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)IS05017，確定表觀密度和開孔孔隙度。
[0239]通過X射線熒光進(jìn)行化學(xué)分析。
[0240]根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)EN993-5，確定壓縮強(qiáng)度。
[0241]通過下面的方法:IS0 1893(在負(fù)載下的坍塌)，確定耐熱溫度。
[0242]通過下面的方法:EN993-19，確定熱膨脹系數(shù)。
[0243]通過下面的方法:IS08894_2，確定保護(hù)層的材料和絕緣層的材料的熱導(dǎo)率。
[0244]根據(jù)下面的標(biāo)準(zhǔn):ASTM C-177，測量處于纖維氈形式的中間層的材料的熱導(dǎo)率。
[0245]下面的假設(shè)被用來計(jì)算熱損失:
[0246]-具有恒定的橫截面的正方形蓄熱器，邊具有4.43m的長度和20m的高度；
[0247]-充注傳熱流體和釋放傳熱流體:干空氣；
[0248]-儲(chǔ)能介質(zhì)的類型和體積恒定；
[0249]-所儲(chǔ)存的能量總量為3.7710nJ ；
[0250]-整個(gè)循環(huán)的持續(xù)時(shí)間:22小時(shí)，充注階段的總持續(xù)時(shí)間為4小時(shí)，儲(chǔ)存時(shí)間為10小時(shí)，釋放階段的總持續(xù)時(shí)間為8小時(shí)；
[0251]-Tc:在充注階段結(jié)束時(shí)，蓄熱器中的平均溫度等于550°C ；
[0252]-Td:在釋放階段結(jié)束時(shí)，蓄熱器中的平均溫度等于150°C ；
[0253]-以溫度50°C，換熱系數(shù)100W/m2K，通過水冷卻外殼。
[0254]下面的公式給出了在完整循環(huán)(S卩，充注階段和釋放階段)之后，穿過蓄熱器的壁的熱損失的評(píng)估:
[0255]

f ~m'——Sint-Λ

jO Rp +R1+Rpi+Rh
[0256]在該公式中:
[0257]-Tint⑴:蓄熱器的平均內(nèi)部溫度，以開爾文為單位；
[0258]-Text:蓄熱器的外部溫度，常量，以開爾文為單位；
[0259]-Sint:蓄熱器的內(nèi)部面積，以m2為單位；
[0260]-t?:完整循環(huán)的持續(xù)時(shí)間，以秒為單位；
[0261]-Rp:保護(hù)層的熱阻，以m2.K/ff為單位，在此等于保護(hù)層的厚度除以所述保護(hù)層的材料的熱導(dǎo)率；
[0262]-R1:絕緣層的熱阻，以m2.K/ff為單位，在此等于絕緣層的厚度除以所述絕緣層的材料的熱導(dǎo)率；
[0263]-Rp1:中間層的熱阻，以m2 -K/W為單位，在此等于中間層的厚度除以所述中間層的材料的熱導(dǎo)率；
[0264]-Rh:外殼和冷卻系統(tǒng)的水之間的換熱阻力，以m2.K/ff為單位，這里等于在蓄熱器的外表面的換熱系數(shù)的倒數(shù)。
[0265]下面的公式給出了被注入到蓄熱器中的總能量的評(píng)估，等于在充注階段結(jié)束時(shí)所儲(chǔ)存的能量和出現(xiàn)在所述階段期間的熱損失的和:
[0266]




?—士
^ =Em +￡|| =M-Cp-(Tc-Td)+ f.S1111-^


O RP+Rl+RPI+Rh
[0267]在該公式中:
[0268]-M:儲(chǔ)能介質(zhì)的總重量,等于785000kg ；
[0269]-Cp:儲(chǔ)能介質(zhì)的熱容,等于1200J/kg.K ；
[0270]-t充注:充注階段的持續(xù)時(shí)間，等于14400s。
[0271]比較實(shí)施例1為其側(cè)壁包括具有420mm的恒定厚度的絕緣層的蓄熱器，該絕緣層包括由Distrisol出售的含有70%的Al2O3的絕緣磚RI30。
[0272]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例2為其側(cè)壁被如下形成的蓄熱器:
[0273]保護(hù)層具有200mm的厚度,且包括由Savoie Refractaires出售的MonoguardA
鋁混凝土。保護(hù)層源自1000 X 1000 X 200mm3的塊體的組裝，該塊體在放置在蓄熱器中之前，通過振動(dòng)澆筑技術(shù)而被成形加工，然后在400°C下干燥。這些塊體通過水泥337 (由SavoieRefractaires出售的含有86%的Al2O3的水泥)而被接合。
[0274]保護(hù)層的外面覆蓋有由Unifrax出售的，厚度為6mm的Insulfrax Paper纖維租的中間層。
[0275]絕緣層具有500mm的厚度，且包括由Savoie Refractaires出售的Y75LCC自澆筑混凝土，該混凝土通過澆注被放置在蓄熱器外殼和保護(hù)層之間，因此起模板的作用。
[0276]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例3為其側(cè)壁與在實(shí)施例2中的蓄熱器的側(cè)壁相同的蓄熱器，該蓄熱器沒有Insulfrax Paper纖維租的中間層。
[0277]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例4為其側(cè)壁被如下形成的蓄熱器:
[0278]保護(hù)層與實(shí)施例2的保護(hù)層相同，但具有300mm的厚度。
[0279]絕緣層具有500mm的厚度，且包括由Saint Gobain Industrie Keramik出售的VK130干的耐火混合物，該耐火混合物通過沖壓被放置在蓄熱器外殼和保護(hù)層之間。
[0280]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例5為其側(cè)壁被如下形成的蓄熱器:
[0281 ] 保護(hù)層與實(shí)施例2的保護(hù)層相同，但包括含有95 %的Al2O3的Pural T鋁混凝土。
[0282]絕緣層具有300mm的厚度，且包括由Distrisol出售的含有70%的Al2O3的RI30絕緣磚，該絕緣磚在保護(hù)層之前被組裝，且通過水泥337而被接合。
[0283]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例6為其側(cè)壁被如下形成的蓄熱器:
[0284]保護(hù)層具有150_的厚度，且包括AL100，該AL100為由Savoie Refractaires出售的含有超過99%的Al2O3的制品。保護(hù)層產(chǎn)生于橫截面為400X400mm2，通過水泥接合的磚塊的組裝。
[0285]保護(hù)層的外面覆蓋有厚度為1.25mm的Zircar APA-2纖維租的中間層。
[0286]絕緣層具有600mm的厚度，且包括由Savoie Refractaires出售的Y75LCC自澆筑混凝土，該混凝土通過澆注被放置在蓄熱器外殼和保護(hù)層的磚塊之間，因此起模板的作用。
[0287]在下面的表中給出所獲得的結(jié)果。
[0288]在表中，分別通過“P”、“PI ”和“ I ”表示保護(hù)層、中間層和絕緣層。
[0289]
實(shí)施實(shí)施例2哭施例3 實(shí)施例4 實(shí)施例5實(shí)施例6
例 I P IPI P IPIPIPIPI PI PI PI
蓄熱器的特性
Al2O30Zo 7088 4488 44-8868-95709944 86
S120Zo 28 4 4764 4 47-427-0.1280,2 47 10
CaO% 0,20.2 630 0.2 6-0,20.4-4.50.20.2 6 -
Na20+K20% 0.20.1 0.20.1 0.20.10.30.20.2 0.2 -
厚度(mm) 300200 5006 200 500-300500-200300200 600 1.25
開孔孔隙度(％) - 9 179 17-918-51717
壓縮強(qiáng)度(MPa) 3130 65130 65-13020-7539565


160 176 180167
耐熱溫度(0C) 1650 1600 850 1260 1600 850 --1650850 1650

0 0O5
在200QC下的熱導(dǎo)率

0.4 3.8 1.1 0.06 3.8 LI 3.8 1.2 2.0 0.4 3.2 1.1 0.06
(W/m-K)
熱阻 R(m2-K/W) 0.75 0.053 0.45 0.1 0.053 0,45 - 0.08 0.42 - 0.1 0.75 0.05 0.55 0.02
5,
熱膨脹系數(shù)(i(T6C4 ) 6.5 7.5 5.57.57.5 5.58 6.5 8,3 5.5
5
在充注階段結(jié)束時(shí)被注
入到蓄熱器中的總能量3.79 1u180 1u1u 3.79 1n3.79 1u
的量(J )
熱損失(J)1.78110J2.12 110J 2.17 110J 1,28 110J1.72 110J
[0290]
熱損失 I )4.7%65.1%3.4%4.5%
[0291]表I
[0292]如在下面的表2所示，在上述運(yùn)行條件下，根據(jù)本發(fā)明的蓄熱器用來使熱損失最小化:
[0293]

不存在中間層的R1存在中間層的Ri( Insulfrax Paper,厚度6mm)
Rp-^^--^^-
損失<1?% 損失<5% 損先<1% 損失<10%損失<5% 損失<1%
0.01<R?<0.05 >0.23 >0.52 >2.85 >0.13>0.42 >2.75
0.05<RP<0.1 >0.18 >0.47 >2.80 >0.08>0.37 >2.70
0.1<RP<0.2 >0.08 >0.37 >2.70>0.27 >2.60
U R <0.3 >0.27 >2.60>0.17 >2.50
03<RP<0.4 >0.17 >2.50>0.07 >2.40
0.4<RP<0.5 >0.07 >2.40>2.30
[0294]表2
[0295]當(dāng)然，本發(fā)明不受限于作為實(shí)施例提供的所描述的且所示出的實(shí)施方式。特別地，所描述的或所示出的各種實(shí)施方式的組合也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0296]本發(fā)明也不受限于蓄熱器的形狀或尺寸。
[0297]最后，儲(chǔ)能介質(zhì)可以與中性環(huán)境或堿性環(huán)境接觸。
【權(quán)利要求】
1.一種蓄熱器，所述蓄熱器包括被放置在室(14)中的儲(chǔ)能介質(zhì)(12)的床(11)，所述室包括外殼(34)和放置在所述外殼和所述儲(chǔ)能介質(zhì)之間的保護(hù)層(22)，所述保護(hù)層與所述儲(chǔ)能介質(zhì)接觸，具有大于50mm的最小厚度，且至少部分地包括保護(hù)材料，以基于氧化物的重量百分比計(jì)，所述保護(hù)材料的組成滿足:
-Fe203+Al203+Ca0+Ti02+Si02+Na20+K20>80 %，和
-其他氧化物:補(bǔ)充至100%。
2.根據(jù)前一項(xiàng)權(quán)利要求所述的蓄熱器，其中，所述保護(hù)層的材料或保護(hù)材料的組成滿足 Fe203+Al203+Si02>80 %。
3.根據(jù)前一項(xiàng)權(quán)利要求所述的蓄熱器，其中，所述保護(hù)材料的組成滿足Fe203+Al203+Si02>90%。
4.根據(jù)前一項(xiàng)權(quán)利要求所述的蓄熱器，其中，所述保護(hù)材料的組成滿足Al203>60%。
5.根據(jù)前一項(xiàng)權(quán)利要求所述的蓄熱器，其中，所述保護(hù)材料的組成滿足Al203>85%。
6.根據(jù)前一項(xiàng)權(quán)利要求所述的蓄熱器，其中，所述保護(hù)材料的組成滿足Al203>95%。
7.根據(jù)前一項(xiàng)權(quán)利要求所述的蓄熱器，其中，所述保護(hù)材料的組成滿足: -Fe203〈20%，和 / 或 -Si02〈10%，和 / 或 -CaO〈2%，和 / 或 -Na20+K20<0.5%。
8.根據(jù)前一項(xiàng)權(quán)利要求所述的蓄熱器，其中，所述保護(hù)材料的組成滿足: -Fe203〈10%，和 / 或 -Si02〈5%，和 / 或 -CaO〈l%，和 / 或 -Na20+K20<0.3%。
9.根據(jù)前一項(xiàng)權(quán)利要求所述的蓄熱器，其中，所述保護(hù)材料的組成滿足: -Fe203〈3%，和 / 或 -Si02〈2%，和 / 或 -Ca0〈0.5%，和 / 或 -Na20+K20<0.2%。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蓄熱器，其中，以基于氧化物的重量百分比計(jì)，且總數(shù)為100%,所述保護(hù)材料的組成滿足: -25% <Fe203〈70%，和 -5% <A1203〈30%，和 -Ca0〈20%，和 -Ti02〈25%，和 -3% <Si02〈50%，和 -Na20+K20〈 10%，和 -其他氧化物〈5%。
11.根據(jù)前一項(xiàng)權(quán)利要求所述的蓄熱器，其中，所述保護(hù)材料的組成滿足: -Fe203>40%，和 / 或 -Al203〈20%，和 / 或 -CaO>3%，和 / 或 -Ti02>5%，和 / 或 -Si02>5%和 / 或 Si02〈20%，和 / 或
-Na20+K20<5%o
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的蓄熱器，其中，所述保護(hù)材料的大多數(shù)化合物選自氧化招、招土礦、尖晶石MgAl2O4、旲來石、黑招韓石CaAl12O19、欽酸招、及其組合。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的蓄熱器，其中，所述保護(hù)材料具有: -低于20%的開孔孔隙度，和 -高于50MPa的壓縮強(qiáng)度，和 -高于350°C的耐熱溫度。
14.根據(jù)前一項(xiàng)權(quán)利要求所述的蓄熱器，其中，所述保護(hù)材料具有: -低于10%的開孔孔隙度，和 -高于70MPa的壓縮強(qiáng)度，和 -高于700°C的耐熱溫度。
15.根據(jù)前一項(xiàng)權(quán)利要求所述的蓄熱器，其中，所述保護(hù)材料具有: -低于5%的開孔孔隙度，和 -高于90MPa的壓縮強(qiáng)度，和 -高于900°C的耐熱溫度。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的蓄熱器，其中，所述保護(hù)層的最小厚度大于100mm。
17.根據(jù)前一項(xiàng)權(quán)利要求所述的蓄熱器，其中，所述保護(hù)層的最小厚度大于150mm。
18.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的蓄熱器，其中，所述保護(hù)層被孔(23)貫穿。
19.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的蓄熱器，其中，所述保護(hù)層為單件。
20.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的蓄熱器，包括在所述外殼(20)和所述保護(hù)層(22)之間延伸的絕緣層(24)，所述絕緣層的熱阻大于0.1m2.K/W。
21.根據(jù)前一項(xiàng)權(quán)利要求所述的蓄熱器，其中，所述絕緣層的熱阻大于0.2m2.K/W。
22.根據(jù)緊接著的前兩項(xiàng)權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的蓄熱器，其中，所述絕緣層包括絕緣材料，并且其中: -所述絕緣材料的熱導(dǎo)率低于2W/m.K，和/或 -所述絕緣層的機(jī)械壓縮強(qiáng)度大于IMPajP /或 -在500°C下所測量的所述絕緣材料的線性熱膨脹系數(shù)低于0.5%。
23.根據(jù)前一項(xiàng)權(quán)利要求所述的蓄熱器，其中: -所述絕緣材料的熱導(dǎo)率低于1.5ff/m.K，和/或 -所述絕緣層的機(jī)械壓縮強(qiáng)度大于2MPa，和/或 -在500°C下所測量的所述絕緣材料的線性熱膨脹系數(shù)低于0.4%。
24.根據(jù)前一項(xiàng)權(quán)利要求所述的蓄熱器，其中: -所述絕緣層的機(jī)械壓縮強(qiáng)度大于5MPa。
25.根據(jù)權(quán)利要求20至24中任一項(xiàng)所述的蓄熱器，其中，所述絕緣層的最小厚度大于150mmo
26.根據(jù)前一項(xiàng)權(quán)利要求所述的蓄熱器，其中，所述絕緣層的最小厚度大于300mm。
27.根據(jù)權(quán)利要求20至26中任一項(xiàng)所述的蓄熱器，其中: -所述絕緣材料的二氧化硅含量低于50%，和/或 -所述絕緣材料的CaO含量低于10%，和/或 -所述絕緣材料的氧化鋁含量高于40%。
28.根據(jù)前一項(xiàng)權(quán)利要求所述的蓄熱器，其中: -所述絕緣材料的二氧化硅含量低于10%，和/或 -所述絕緣材料的CaO含量低于5%，和/或 -所述絕緣材料的氧化鋁含量高于60 %。
29.根據(jù)前一項(xiàng)權(quán)利要求所述的蓄熱器，其中: -所述絕緣材料的二氧化硅含量低于I %，和/或 -所述絕緣材料的CaO含量低于2%，和/或 -所述絕緣材料的氧化鋁含量高于80 %。
30.根據(jù)權(quán)利要求20至29中任一項(xiàng)所述的蓄熱器，其中，所述絕緣材料的主要化合物選自剛玉、尖晶石MgAl2O4、煅燒粘土、莫來石、黑鋁鈣石CaAl12O19、鈦酸鋁、鋁土礦、及其組口 ο
31.根據(jù)權(quán)利要求20至30中任一項(xiàng)所述的蓄熱器，包括在所述保護(hù)層(22)和所述絕緣層(24)之間延伸的中間層(26)，所述中間層的最大厚度小于10mm，所述中間層包括纖維材料。
32.根據(jù)前一項(xiàng)權(quán)利要求所述的蓄熱器，其中，所述中間層包括含量大于30%的氧化招。
33.根據(jù)前一項(xiàng)權(quán)利要求所述的蓄熱器，其中，所述中間層包括含量大于70%的氧化招。
34.根據(jù)前一項(xiàng)權(quán)利要求所述的蓄熱器，其中，所述中間層包括含量大于90%的氧化招。
35.根據(jù)權(quán)利要求31至34中任一項(xiàng)所述的蓄熱器，其中，所述中間層的熱阻Rpi大于0.05m2.K/W。
36.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的蓄熱器，其中，所述床的重量大于700公噸。
37.一種熱裝置，包括: -產(chǎn)生熱能的單元(4)，和 -根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的蓄熱器(10)，和 -循環(huán)裝置(7)，所述循環(huán)裝置在充注階段期間，使充注傳熱流體從所述產(chǎn)生熱能的單元循環(huán)至所述蓄熱器，然后通過所述蓄熱器。
38.一種用于運(yùn)行根據(jù)前一項(xiàng)權(quán)利要求所述的熱裝置的方法，其中，來自所述產(chǎn)生熱能的單元(4)的傳熱流體在所述蓄熱器(10)中冷凝成酸性液體的形式。
39.一種用于運(yùn)行根據(jù)緊接著的前兩項(xiàng)權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的熱裝置的方法，其中，來自所述產(chǎn)生熱能的單元(4)且進(jìn)入所述蓄熱器的所述傳熱流體的溫度低于1000°C且高于 350 0C ο
40.根據(jù)前一項(xiàng)權(quán)利要求所述的用于運(yùn)行熱裝置的方法，其中，所述溫度低于800°C且高于500 °C。
41.一種用于運(yùn)行根據(jù)權(quán)利要求37至40中任一項(xiàng)所述的熱裝置的方法，其中，所述產(chǎn)生熱能的單元包括壓縮機(jī)。
42.一種用于運(yùn)行根據(jù)權(quán)利要求36至40中任一項(xiàng)所述的熱裝置的方法，所述裝置包括熱能消耗單元￠)，所述循環(huán)裝置(7)在釋放階段期間，使釋放傳熱流體通過所述蓄熱器，然后從所述蓄熱器循環(huán)至所述熱能消耗單元。
43.根據(jù)前一項(xiàng)權(quán)利要求所述的用于運(yùn)行熱裝置的方法，其中，所述熱能消耗單元包括渦輪機(jī)。
【文檔編號(hào)】F28D20/00GK104136875SQ201280070123
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2012年12月20日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月22日
【發(fā)明者】奧利維爾·弗朗西 申請人:法商圣高拜歐洲實(shí)驗(yàn)及研究中心