用于接收、储存和释放热能的装置的制作方法

1.本发明涉及用于接收、储存和释放热能的装置，采用电能和/或动能推动载具的方法以及本文所公开的装置在推动载具的用途。


背景技术：

2.现有技术已知的蓄热器通常通过火焰或太阳能供应能量(即加热)并储存吸收的热量直到进一步使用。为了发电，使水通过蓄热器或沿着蓄热器流动而产生的水蒸气可以通过管道系统转移到涡轮发电机。但是，此系统目前只用于固定的、多数规模较大的设备。然而，采用以相同原理运行的小型设备对于移动应用(比如推动乘用车或卡车以及家庭应用)而言是不可行的，因为联合发电产生的电量非常小，使得必须进行临时储存以供日后再次使用(也就是与发电分开)。在当前现有技术中，此中间储存多数是通过电池或氢气实现。
3.氢动力车辆采用氢气作为用于推动的车载燃料。用于氢动力车辆的动力设备将氢的化学能转化为机械能或电能，其通常落入两种类别中的一种。第一类包括氢气内燃机(h2ice)，它在燃烧室中燃烧氢气以产生机械能从而为车辆提供动力。第二类包括燃料电池，它将氢气与氧气转化以产生电能为电机提供动力来推动车辆。
4.如今氢动力汽车受到一些限制，这限制了它们对普通驾驶者的吸引力。为氢动力汽车提供可接受的续航里程所需的氢气量需要一个非常大的储罐，该储罐占据了很大一部分空间、减少了汽车后备箱和/或乘客舱的尺寸。此外，即使提供一个相对较大的储罐，该车辆的续航里程也很难被现今的客户所接受。
5.us2018/219267a1公开了一种机动车，其包括将水分解成氢气和氧气的电解装置、用于储存电能的电池和为该机动车提供动力的氢动力能量源。氢动力能量源可以是燃料电池或氢气内燃机。
6.然而，这种类型的车辆有这样的缺点，即需要大量的电能来产生燃料，即氧气和氢气。此外，这样的高压电池代表了巨大的资金成本，消耗了车辆上的大量空间，增加了大量重量，这会降低了车辆的整体性能。


技术实现要素：

7.由此，本发明的目的是弥补现有技术的这些和其他缺点，特别是提供一种用于接收、储存和释放热能的装置，该装置能够在需要时由热能快速产生电能和/或将储存在热能储存材料中的热能转换为动能。本发明的进一步目的是提供一种采用尤其通过使用本文所公开的装置产生的电能和/或动能推动载具的方法，以及提出本文所公开的装置推动载具的用途。
8.该目的通过根据独立权利要求的装置、方法以及装置的应用来实现。有利的实施例为从属权利要求的主题。
9.根据本发明，用于接收、储存和释放热能的装置包括限定出空腔的隔热外壳、位于所述空腔内的至少一种热能储存材料、构造用于为所述热能储存材料充入热能的至少一个
能量源以及构造用于接受来自所述热能储存材料的热能的热能转换器。所述隔热外壳包括内壁、外壁和由所述内壁和所述外壁界定出的基本气密的内部空隙。换句话说，该隔热外壳是一种双壁隔热容器，其最小化了其内容物(即热能储存材料)与容器的周围环境之间的热传递。隔热外壳的外壁包括至少一个流量调节器，所述流量调节器与所述内部空隙流体连通并且构造为将至少一种工作流体供应至所述内部空隙以及将至少一种工作流体从所述内部空隙中移出。
10.现在已经惊讶地发现从隔热外壳释放的热能可例如用于对建筑物、电池进行温度控制，对马达或液体进行预热和/或产生电力。特别是，人们惊奇地发现，根据本发明的装置能够在单位时间内按要求快速提供足够的电力，该电力可以直接用于驱动载具，而不需要对电力进行中间储存。由于根据本发明的装置具有随时可扩展性，本文所公开的装置具有广泛的应用范围。这些装置所采用的高温隔热体通过保持非常低的热损失实现了长期储存热能，并且还可以与无源隔热元件结合使用。本文公开的隔热体可以被构造成允许对封闭其中的热能储存材料进行无接触地供能并且允许受控且有针对性地释放热能，如后文将详细描述。采用热能储存材料具有的优势是充电/放电循环的次数几乎不受限。另外，与传统的电池相比，这种材料中能储存的能量密度要高得多，这对用根据本发明的装置操作的装置的总重量和运行时间有积极影响。
11.出于本文的目的，术语
″
载具
″
包括运输人员或货物的任何机器，尤其包括机动车辆和飞机。
12.术语
″
热能转换器
″
是指能够将由热能储存材料直接或间接散发的热能转换为电能和/或动能的任何装置。将热能转换为电力的热能转换器的示例包括热电发电机(teg)、珀尔帖元件、用于太阳能电池的上转换器、发电机和/或静电发电机。将热能转换为动能的热能转换器的示例包括活塞发动机、schukey机(schukey engine)、斯特林发动机(stirling engine)、奎西发动机(quasiturbine)和/或涡轮喷射器。可以理解的是，多个热能转换器可以与本文所公开的发明结合使用、同时使用和/或交替使用。此外，某些热能转换器可以同时或交替地将热能转换成电能和/或动能。
13.术语
″
热能储存材料
″
是指任何类型的蓄热器，特别是静态蓄热器、相变材料(pcm)、热化学蓄热器、被动储热器及其组合。相变材料也被称为潜热储存(lhs)材料。
14.术语
″
工作流体
″
指任何液体或气体，特别是水、高温油、氦气或空气。
15.术语
″
流量调节器
″
是指构造为以基本完全和/或部分的方式允许或阻止工作流体流经所述装置的任何装置。
16.本发明由此包括多个方面：
17.第一，将热能无接触地充入热能储存材料，即为装置供能。
18.第二，用于容纳热能储存材料的多层的、隔离高温的外壳。这方面还包括含有热能储存材料的隔热外壳的形状，例如类似喷嘴的形状，以及适合控制储存在热能储存材料中的热能的释放和/或加压工作流体的释放的流量调节器，例如阀门、闸阀、多级阀门、泵特别是压电泵以及它们的组合。
19.第三，包括热能储存材料和用于将热能转换为电能的热能转换器的机构。
20.第四，包括热能储存材料和用于将热能转换为动能的热能转换器的组件。
21.特别是关于第三方面和第四方面，容纳热能储存材料的隔热外壳的形状和结构元
件是这样的，即由热能储存材料释放的热能可以直接和/或通过一个或多个加热的工作流体供应至热能转换器。应该理解的是，本发明可以同时或交替使用多个热能转换器，并且从热能储存材料释放的热能可以在同一时间或交替地转化为电能和动能。
22.下文将更加详细地描述本发明的各个方面。
23.优选地，本文公开的装置的外壁包括第一流量调节器和第二流量调节器。所述第一流量调节器被构造为控制工作流体从所述内部间隙进出所述热能转换器的供应。所述第二流量调节器被构造为向所述内部空隙供应工作流体以及从所述内部空隙移出工作流体。
24.通过如所述地布置至少两个流量调节器，可以通过隔热外壳的内部空隙向热能转换器供应工作液体。通过相应地控制流量调节器，工作流体可以被供给入内部空隙。由于加热工作流体而引起的压力增加，加热的工作流体可以通过第一流量调节器被供给至热能转换器。附加地或替代地，加热的工作液体可以被通过第二流量调节器供给入内部空隙的新的工作液体取代。此外，这两个流量调节器可以例如通过对第二流量调节器施加外部真空而将内部空隙排空，以将冷却的工作流体从热能转换器输送回内部空隙，如果有必要，还可以从内部空隙排出。同样可以想到，工作流体保持在一个封闭的回路中，从而免受外部影响，如污染或不希望的变化。
25.在本说明书的上下文中，术语“真空”表示施加至内部间隙的压力低于内部空隙中的压力。换句话说，术语“真空”表示“负压”。
26.在本文公开的装置的优选实施例中，所述第一和第二流量调节器布置在热能储存材料的相对两侧。增加工作流体通过隔热外壳的行进距离并且由此增加工作流体的停留时间，伴随增加了通过热能储存材料对工作流体的加热。
27.优选地，本文公开的装置的内壁包括至少一个流量调节器，所述流量调节器与容纳热能储存材料的空腔流体连通。此流量调节器被构造为向所述空腔供应至少一种工作流体以及从所述空腔移出至少一种工作流体。
28.这使得工作流体不仅可以在内部空隙中被间接加热，而且还可以使工作流体与热能储存材料直接接触。这使得工作流体的加热速度得到进一步提高。
29.在本文所公开的装置的优选实施例中，本文公开的装置的隔热外壳、尤其是外壁被构造为具有至少一个喷嘴出射口的喷嘴。在所述内部空隙和/或所述空腔中进行加热的所述工作流体作为直接射向所述热能转换器的喷射流离开喷嘴出射口。
30.优选地，隔热外壳压力密封地连接至热能转换器，以避免系统中的压力损失并且增加流体从喷嘴出射口逸出的效果。如果工作流体的热能或由此产生的任何裂变产物要在热能转换器中转化为动能，那么后者就特别重要。
31.优选地，本文公开的装置的流量调节器是阀门、闸阀、多级阀门或泵尤其是压电泵。应当理解，本文公开的装置的流量调节器可全部选自一种类型或者选自列出的流量调节器的组合。
32.使用压电泵是有利的，因为它们可以承受非常高的温度。使用多级阀是有利的，因为它们允许分步打开或关闭不同的区域。这允许控制不同的工作过程而无需众多的阀门，从而减少开口的数量并且提高隔热外壳的隔热性能。
33.在本文公开的装置的优选实施例中，本文公开的装置的内壁被构造为增加热能储存材料与内壁之间和/或内壁与工作流体之间的接触面积。增加接触面积的好处在于提高
了热能储存材料和工作流体之间的热传导，从而实现更快地加热工作流体。
34.在本文公开的装置的优选实施例中，所述内壁在其面向所述热能储存材料的一侧和/或面向所述工作流体的一侧包括凸起。这使得接触面积特别大。
35.隔热外壳的结构优选设计为包括多个部件，这些部件可以通过连接工具(例如螺钉)彼此连接，以在必要时能够更换或交换热能储存材料。
36.优选地，本文公开的装置的隔热外壳包括两个部件。在这两个部件匹配在一起时所形成的空腔被构造为容纳所述热能储存材料，其中所述热能储存材料可以通过分开所述第一部件和所述第部件分开来更换。
37.根据本发明可以想到的是第一部件和第二部件是隔热外壳的两个半部。还可以想到这两个部件具有不同的尺寸，例如其中一个部件呈刮板盖或螺丝钩封口的形式，其可以与第二部件的相应形状区域接合。替代地，还可以想到两个部件中的一个是盖，其能够被移动(尤其是推动或转动)越过两个部件中另一个的开口以完全或部分地覆盖该开口。在这种情况下，包括开口的部件基本上形成了热能储存材料的壳体。
38.提供包括多个部件的隔热外壳使得更换或交换其中容纳的热能储存材料变得特别容易。对于两个部件，工作量保持为是可控的。
39.在隔热外壳具有多部件设计的情况下，优选的是至少其中一个部件是活动的并被构造为形成热阀。在所述第一位置处，所述热阀基本上防止了热能从所述热能储存材料转移到所述热能转换器，而在所述第二位置处，所述热阀使热能从所述热能储存材料转移到所述热能转换器。优选地，形成所述热阀的至少一个活动部件能够在所述第一位置和所述第二位置之间连续可调，以使得向所述热能转换器供应的热能的量和/或所述热能转换器的输出量能够被连续调节。这使得能够特别简单且低损耗地进行能源控制。
40.在本文公开的装置的优选实施例中，热能储存材料包括一种或多种相变材料。
41.相变材料是一种在相变时释放/吸收足够能量以提供加热/冷却的物质。一般来说，相变会从物质的前两种基本状态之一(即固体和液体)转变成另一种。通过在相变温度下熔化和凝固，相变材料能够储存和释放相对大量的能量。当材料从固体变为液体以及从液体变为固体时或者当材料的内部结构发生变化时就会吸热或放热。因此，相变也可以在物质的非典型状态之间进行，如晶体的一致性，其中材料从符合一种晶体结构到符合另一种可能处于较高或较低能量状态的晶体结构。本文公开的本发明采用的适用相变材料的示例包括但不限于水、锌、氯化钠和硅。
42.在本文公开的装置的优选实施例中，所述热能储存材料包括或基本由一种或多种静态储热材料构成，该静态储热材料优选选自金属、矿物和/或陶瓷组成的组。更优选地，所述一种或多种静态储热材料为硅、铁、铅和/或铜。
43.根据本发明，还能够想到的是所采用的一种工作流体或多种工作流体经历化学反应，从而至少其中一种反应产物随后被供应至热能转换器和/或被热能转换器利用。通过使用水作为工作流体，可以通过热化学水裂解循环来制备氢气，其中氢气和氧气在不同的步骤中产生。这种两级水裂解催化循环通常基于金属氧化物氧化还原系统，其中第一个吸热步骤涉及金属氧化物在高温下的热分解：
44.45.第二个放热步骤是在中等温度下(低于约900k)对所得到的金属进行水解反应，形成分子氢以及相应的金属氧化物：
46.xm+yh2o
→mx
oy+yh2ꢀꢀꢀ
(2)
47.在本文公开的装置的优选实施例中，热能储存材料包括或由用于工作流体进行化学反应、特别是用于将水分解为其组成部分的催化剂构成。
48.具体地，采用锌作为水分解的催化剂所具有的优势在于这种材料既可作为用于水裂解的催化剂又可作为热能储存材料。在不希望受到理论约束的情况下，假定水裂解是按照以下公式进行：
[0049][0050]
zn+h2o
→
zno+h2ꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0051]
氧化锌被热分解成金属锌(还原)。在这个过程中释放的氧气可以被捕获或简单地释放到大气中。在第二步中，允许锌与水反应，释放出氢气。在这个过程中，锌转化回氧化锌(氧化)，其可用于随后的催化循环。氢气或者直接用于发电，或者经过处理制备其他燃料，如甲醇。在能源使用后，氢气又变成了水。
[0052]
在本文公开的装置的优选实施例中，热能储存材料包括或由用于由水和二氧化碳制备合成燃料的催化剂构成。
[0053]
制备此合成燃料(也称为e型燃料)的第一步是将水加热到800度以上。这样产生的蒸汽由比如上文所述的适用催化剂裂解成氢气和氧气。在另外两个步骤中，氢气在高压和高温(例如在大约1000℃的催化反应温度下)下与二氧化碳反应。这制备出一种由长链碳氢化合物组成的液体，其可用于推动内燃机式载具。
[0054]
在本文公开的装置的优选实施例中，所述能量源包括激光器，而所述隔热外壳包括光学系统，所述光学系统被构造为将进入的激光传递和/或准直和/或聚焦到所述热能储存材料。具体地，隔热外壳的外壁和内壁包括在隔热外壳的所述外壁和所述内壁上同轴排列的光学系统，其中光学系统被构造为将进入的激光传递和/或准直和/或聚焦到所述热能储存材料。
[0055]
使用激光器作为能量源为热能储存材料供能所具有的优势在于激光器能够以非常低的电压和低电流量运行，例如24v和0.5a，可生成的温度范围为从几百摄氏度到几千摄氏度不等。例如，太阳能电池可以用来操作所使用的(多个)激光器。此外，激光器在尺寸和功率上是可扩展的，这使它们尤其适合于从固定应用(例如住房、工业加热或辅助性远距离加热)到移动应用(如载具)的广泛应用。使用激光器的另一个优势在于热能储存材料可以不受一天中的时间和天气的影响来通过光供给热量。
[0056]
该光学系统可以是透镜系统，其中隔热外壳的外壁包括第一透镜，隔热外壳的内壁包括第二透镜。第一透镜和第二透镜在对应的外壁和内壁上同轴布置，以让激光器的光以基本直接的方式进入热能储存材料，而不需要额外的光学元件，如反射镜。
[0057]
然而，在最简单的情况下，光学系统仅包括、优选由两个窗口组成，其中隔热外壳的外壁包括第一窗口，而隔热外壳的内壁包括第二窗口，并且这两个窗口在对应的外壁和内壁上同轴布置。
[0058]
适用于光学系统的材料对激光器发出的相应波长的激光仅有最小的吸收。优选用
于本发明的材料的示例包括石英或蓝宝石。
[0059]
在本文公开的装置的优选实施例中，能量源包括红外线发生器。红外线发生器可以构建为使得热能储存材料可以大面积地和/或从几个侧面同时加热。
[0060]
在本文公开的装置的优选实施例中，能量源包括带有至少一个感应线圈的感应加热装置。感应线圈与热能储存材料以导热的方式相连。优选的是，感应线圈至少部分地嵌入热能储存材料中。
[0061]
在本文公开的装置的优选实施例中，能量源包括电阻加热元件，例如浸没式加热器。电阻加热元件与所述热能储存材料以导热的方式相连。优选地，所述电阻加热元件至少部分嵌入热能储存材料中。
[0062]
通过在热能材料中嵌入感应线圈和/或电阻加热元件，对热能储存材料进行加热能够得到优化。
[0063]
在本文公开的装置的优选实施例中，传送到所述热能转换器的至少一部分热能通过所述热能转换器转化成电力。优选地，热能转换器为斯特林发动机、热声发电机、或热电发电机、珀尔帖元件、用于太阳能电池的上转换器、奎西发动机和/或涡轮喷射器。
[0064]
本发明还可用于尤其在高温范围内制备氢气，氢气接下来可用于内燃机或燃料电池。
[0065]
在本文公开的装置的一个优选实施例中，热能转换器包括活塞发动机和/或燃料电池。活塞发动机和/或燃料电池基本上用使用所述热能储存材料从水裂解得到的氧气和/或氢气进行操作，如上文所述。
[0066]
尤其优选使用氢气内燃机，因为这种发动机非常耐用、有很长的使用寿命、制造成本低并且有很高的比功率密度。在商用车领域，续航里程、加油时间短和成本低等优势特别明显，也是人们所关心的。
[0067]
在本文公开的装置的一个优选实施例中，该装置还包括一个热回收装置，其被构造用于为所述热能储存材料供应热能。这可以进一步提高本发明系统的整体效率。
[0068]
在本文公开的装置的一个优选实施例中，热能转换器是蒸汽轮机或活塞发动机，它们基本上用热能储存材料提供的加热和/或加压的工作流体进行操作。在这个实施例中，热能储存材料优选布置在热能转换器内。
[0069]
该目的还通过方法、优选与本文公开的装置一起使用的方法实现。
[0070]
根据本发明，该方法包括以下步骤：通过热能储存材料从能量源接收热能；将热能从所述热能储存材料转移至热能转换器；以及通过所述热能转换器将热能转换成电能和/或动能。每单位时间内产生的电能和/或动能的量足以驱动载具。另外，电能不必出于驱动载具的目的而临时储存。
[0071]
可选地，热能通过工作流体转移至热能转换器，工作流体被热能储存材料加热。更不用说本发明还考虑通过隔热外壳的内壁对工作流体进行加热，因为内壁本身继而由热能储存材料加热。
[0072]
本文所公开的方法的优点在于它代表了一个耐用且易于执行的过程。该方法是尤其有利的，因为它不需要将生成的电能储存起来，这就避免了对大型和重型电池的需求。
[0073]
该目的进一步通过本文所述的装置在推动载具上的应用实现。优选地，该装置用本文所公开的方法操作。
[0074]
该目的进一步通过尤其用于本文所公开的装置的隔热外壳实现，该隔热外壳包括第一高温隔热层(例如固体陶瓷或柔性纤维陶瓷)、真空隔热体和第二高温隔热层。
[0075]
当然在不偏离本发明精神的前提下也可以想到隔热外壳只具有一个隔热层。在这种情况下，至少一个流量调节器将通过所述的一层将空腔和隔热外壳的环境连通。隔热层的厚度和/或隔热层的材料必须由本领域的技术人员选择以达到足够的厚度或具有足够低的导热系数，以保护热能储存材料免受高热损失。
[0076]
根据本发明，隔热外壳包括限定出空腔的内壁、外壁和由所述内壁和所述外壁界定出的基本气密的内部空隙。所述外壁包括至少一个流量调节器，所述流量调节器与所述内部空隙流体连通并且构造为将工作流体供应至所述内部空隙以及将工作流体从所述内部空隙中移出。
[0077]
优选地，内壁和外壁被构造为使得热能储存材料或者能在隔热外壳中主动移动或者能被动地让工作流体流过，这一点将在下文中进一步详细描述。
[0078]
优选地，外壁包括第一流量调节器和第二流量调节器。所述第一流量调节器和第二流量调节器被构造为将工作流体供应至所述内部空隙以及将工作流体从所述内部空隙中移出。优选将第一流量调节器和第二流量调节器布置在所述隔热外壳的相对两侧。
[0079]
优选地，所述内壁包括至少一个流量调节器，所述流量调节器与所述空腔流体连通并构造为向所述空腔供应工作流体以及从所述空腔移出工作流体。
[0080]
在本文公开的隔热外壳的优选实施例中，隔热外壳包括开口和腔室，它们尤其允许从空腔散热和/或允许光进入组合隔热体的内部。
[0081]
优选地，隔热外壳、尤其是所述外壁被构造为具有至少一个喷嘴出射口的喷嘴。在此实施例中，在所述内部空隙和/或所述空腔中进行加热的所述工作流体作为工作流体的喷射流离开喷嘴出射口。
[0082]
优选地，本文公开的隔热外壳所采用的流量调节器为阀门、闸阀、多级阀门、泵尤其是压电泵或其组合。
[0083]
优选地，所述内壁在其面向所述空腔的一侧和/或面向所述内部空隙的一侧包括凸起。
[0084]
优选地，隔热外壳包括两个部件。在这两个部件匹配在一起时形成空腔。在此实施例中，所述空腔能够通过分开所述第一部件和所述第二部件分开进入。
[0085]
优选地，隔热外壳包括至少两个部件，其中至少一个能够在第一位置和第二位置之间移动并被构造为形成阀。在此实施例中，在所述第一位置处，所述阀基本上防止了从所述隔热外壳的外部进入所述空腔，而在所述第二位置处，所述阀允许从所述隔热外壳的外部进入所述空腔。形成所述阀的至少一个活动部件优选在所述第一位置和所述第二位置之间是连续可调的。
[0086]
优选地，隔热外壳包括光学系统，其被构造为将进入的光传递和/或准直和/或聚焦入所述空腔。尤其优选的是，光学系统在隔热外壳的外壁和所述内壁上同轴布置。
[0087]
本文描述的隔热外壳具有上文针对包括封闭在如本文所述的隔热外壳中的热能储存材料的装置所提出的优势。通过本文公开的隔热外壳，一方面利用真空来保护空腔的内容物免受热损失，另一方面允许液体或气体的进出。因此，根据本发明的隔热体是包括它们的装置的主动功能部件。
[0088]
该目的进一步通过包括至少一种热能储存材料和构造用于为所述热能储存材料无接触地充入热能的至少一个能量源的机构来实现。
[0089]
优选地，构造用于为所述热能储存材料无接触供能的所述至少一个能量源选自激光器、红外线发生器或感应加热装置。
[0090]
本文提到的示例性能量源均为无接触的并且可以在高的和低的电压或电流下运行。无接触的优点在于热能储存材料可以完全隔热，这大大延长了其热保持时间。这些能量源适用于高温应用，也适用于低温应用，还适用于上述所有类型的热能储存材料。此外，这些能量源在低成本的情况下具有很高的效率。
[0091]
具体地，该目的通过包括容纳在如本文公开的隔热外壳内的热能储存材料和构造用于为所述热能储存材料无接触供应热能的至少一个能量源的机构来实现。
[0092]
该目的还通过包括至少一种热能储存材料和至少一个热能转换器的设备实现，其中储存在所述热能储存材料中并且供应至所述热能转换器的至少一部分热能通过所述热能转换器转换为电力和/或动能。
[0093]
此组件提供了足够类型和数量的电压和电流，这些电压和电流可以由包括此机构的装置直接储存使用而不需要中间储存。然而，当发电量过剩时，有可能对生成的电力进行中间储存。
[0094]
该组件优选包括一个成型的隔热层，其内壁和/或外壁被设计为使得储存在热能储存材料中的热量直接从热能储存材料或者通过工作液体供应给热能转换器。在根据本发明的系统中，每次生成的电量都非常高，该电力可以用来驱动载具，而且不需要中间储存电力。
[0095]
优选地，包括用于热能储存材料的指定形状的隔热体和热能转换器的机构用于高温应用，尤其是在超过200℃的温度下使用。
[0096]
可选的是，该组件还可与热回收装置一起使用，例如在一个热电联产厂。
[0097]
具体是，该热能转换器为斯特林发动机、热声发电机、热电发电机、活塞发动机、燃料电池、转子发电机、珀尔帖元件、用于太阳能电池的上转换器、舒基发动机、奎西发动机和/或涡轮喷射器。当然还能够想到多个或不同类型的发电机的组合，例如一个或多个热电模块(tem)和斯特林发动机发电机的组合。
[0098]
在活塞发动机或加压空气电机的情况下，位于活塞发动机或加压空气电机的前室中的工作流体例如被加热到1000℃以上。前室代表密闭的容积。因此，工作流体的压力由于其温度增加而增加，加压的工作流体可以例如通过适用阀门从前室释放入活塞腔室。在本发明的上下文中，本文所述的隔热外壳的内部空隙和/或空腔可以代表通往活塞腔室的这样一个前室。本文所公开的机构还可用于涡轮机的脉冲式和/或连续性驱动。
[0099]
优选地，活塞发动机和/或所述燃料电池基本上用使用所述热能储存材料进行水裂解得到的氧气和/或氢气进行操作，如上文所述。
[0100]
具体地，该目的通过包括容纳在隔热外壳内的至少一种热能储存材料和至少一个热能转换器的机构实现。
附图说明
[0101]
将利用附图对本发明进行进一步的描述，在附图中相同的附图标记表示相同或类
似的元件：
[0102]
图1：根据本发明的隔热外壳：
[0103]
图2：根据本发明的隔热外壳的另一个实施例，其包括多个活动部件：
[0104]
图3：具有激光能量源和在隔热外壳中的热能储存材料的机构；
[0105]
图4：具有感应加热能量源和热能储存材料的机构；
[0106]
图5：具有热能储存材料和热能转换器的机构；
[0107]
图6：根据本发明的用于接收、储存和释放热能的装置；
[0108]
图7：用于接收、储存和释放热能的装置的另一个实施例；
[0109]
图8：用于接收、储存和释放热能的装置的另一个实施例。
具体实施方式
[0110]
图1示出了隔热外壳10的实施例，其为多层隔热体，包括内壁11、外壁12以及位于内壁和外壁之间的内部空隙13。内壁11采用安装悬置19安装在外壁12上并且限定出含有热能储存材料2的空腔1。内部空隙13通过流量调节器14和14
′
与隔热外壳10的环境连通，这两个流量调节器在本实施例中布置在热能储存材料2的相对两侧。
[0111]
图2示出了根据本发明的隔热外壳10的另一个实施例，其包括部件17和18。每个部件17、18均包括内壁11、11
′
、外壁12、12
′
、位于对应的内壁和外壁之间的内部空隙13、13
′
以及流量调节器14、14
′
。与图1中描述的示例类似，对应部件17、18包括将内壁11、11
′
连接至外壁12、12
′
的固定元件19、19
′
。内壁11、11
′
各自限定出半空腔，它们在匹配在一起时容纳热能储存材料2。在本示例中，第一部件17可以例如通过手动操作的机械装置(如螺钉、膨胀密封件、弹簧)或通过机械装置、电机、加压或类似装置相对于第二部件18移动。通过使两个部件17、18相对于彼此移动，在多层隔热体10中产生了两个间隙4、4
′
，热能可以通过该间隙从隔热外壳10的空腔中逸出。每个流量调节器14、14
′
可用于向对应的内部空隙13、13
′
供应工作流体(未示出)以及将工作流体从对应的内部空隙13、13
′
移出。
[0112]
图3示出了具有激光器21的能量源20和容纳在隔热外壳10中的热能储存材料2的组件70。能量源20包括用于为激光器21供电的供电单元211。为了对热能储存材料2进行非接触式供能，隔热外壳10在其外壁12和内壁11上设有呈窗口或光学透镜213、214形式的光学通道。光学通道同轴布置，由此允许激光束212穿过外壳并进入蓄热器，如图3中的标记箭头所示。
[0113]
图4示出了包括具有感应加热元件23的能量源20和封闭在如图1描述的隔热外壳10中的热能储存材料2的组件70。在这个实施例中，感应加热元件23的发射线圈232布置在隔热外壳10的外部并与供电单元231连接。接收线圈233嵌入热能储存材料2中，其允许对热能储存材料2进行非接触加热。另外，接收线圈233与第二供电单元241相连，因此也代表一个电阻加热元件24。根据可用的基础设施，热能储存材料2可以由此通过感应或直接连接到电源来进行加热。在本实施例中，隔热外壳10构造成使得工作液体(未示出)可以通过一个或两个流量调节器14引入内部空隙13。工作流体可以由热能储存材料2加热，或通过与热能储存材料2接触的内壁11间接加热，并且随后或者主动地将其从内部空隙13中移出(例如通过将其泵送出内部空隙13)，或被动地移出(例如通过自动打开合理构造的超压阀)。
[0114]
图5示出了具有热能储存材料2和热能转换器30的组件80，在本示例中热能转换器
为活塞发动机34。活塞发动机34包括带有活塞杆343的活塞341，其可动地安装在气缸342中。在图5所示的实施例中，热能储存材料2布置在隔热外壳10中，由此外壳10的外壁12在面向活塞发动机34的一侧成型为具有喷嘴出射口16的喷嘴15。工作流体3可以通过阀门14被引入到内壁11和外壁12之间的内部空隙13中并且其中加热。由于温度升高，工作液体3在内部空隙13中膨胀。积聚的压力随后可以通过打开喷嘴出射口16(例如一个适当设计的阀门)突然排入活塞341的上方空间，从而使活塞341移动。活塞运动可以接下来例如用于驱动载具和/或发电。
[0115]
图6示出了根据本发明的用于接收、储存和释放热能的装置100。该装置100包括具有第一部件17和第二部件18的隔热外壳10，第一部件和第二部件当如图6所示匹配在一起时为热能储存材料2形成一个空腔。通过此方式，热能储存材料2可以通过分开第一部件17和第二部件18来更换。此外，热能储存材料2能够在隔热外壳10内移动并包括辐射制动6，该辐射制动至少部分地包围热能储存材料2以保护它免受过度的热流的影响。该装置100还包括呈激光器形式的能量源20。热能储存材料2可以通过穿过外壳10中开口的激光获得热能。装置100还包括热能转换器30，其在本示例中为斯特林发动机(stirling engine)31，该斯特林发动机被构造用于从热能储存材料2接收热能并将该热能的至少一部分转换为电能。隔热外壳10的第一部件17和第二部件18均包括内壁11，11
′
、外壁12，12
′
以及由内壁11，11
′
和外壁12，12
′
界定出的基本气密的内部空隙13，13
′
。外壁12，12
′
各自包括一个流量调节器14，14
′
，其用于从隔热外壳10的外部将工作流体(未示出)供应至内部间隙13，13
′
和将其从中移出。在图6所示的示例中，流量调节器14，14
′
各自另外构造用于将工作流体从隔热外壳10的外部直接供应至空腔1和/或从中移出。斯特林发动机包括可动的斯特林活塞系统311和线性电流发生器312。设置有活塞杆密封件315以密封活动的活塞杆311。电流可以在电流收集器313处汲取。在装置100中还设置了散热器314。
[0116]
图7示出了用于接收、储存和释放热能的装置100的另一个实施例。在这个实施例中，该装置100基本上包括图2中描述的隔热外壳10，其中为了清楚起见，安装悬置19和能量源均被省去。该装置100还包括两个热能转换器30，即热电发电机33、33
′
，它们被布置在隔热外壳10的相对两侧。每个热电发电机33、33
′
均被布置在外壳10中开口4的区域内，隔热外壳10可以通过沿所示箭头移动它的部件18来打开和关闭该开口4。由此产生的电能可以分别通过单元313和313
′
从装置100中提取。
[0117]
图8示出了用于接收、储存和释放热能的装置100的另一个实施例。在这个实施例中，该装置100包括能量源20(即带有供电单元211的激光器21)、隔热外壳10、热能转换器30(即转子发电机36)以及热回收装置50(即两个涡轮发电装置37、37
′
)。在本实施例中，容纳热能储存材料2的隔热外壳10以基本压力密封的方式安装在转子发电机36的气缸342的顶部，其中气缸342包括用于形成和释放活塞压力的高温阀5。活塞341的平移运动通过活塞杆343转变成旋转运动，电流由电流收集器313汲取。

技术特征：
1.一种用于接收、储存和释放热能的装置(100)，所述装置(100)包括：-限定出空腔(1)的隔热外壳(10)：-位于所述空腔(1)内的至少一种热能储存材料(2)：-至少一个能量源(20)，其被构造用于向所述热能储存材料(2)充入热能：和-热能转换器(30)，其被构造用于接收来自所述热能储存材料(2)的热能；其中所述隔热外壳(10)包括内壁(11)、外壁(12)和由所述内壁(11)和所述外壁(12)界定出的基本气密的内部空隙(13)，其中所述外壁(12)包括至少一个流量调节器(14)，所述流量调节器与所述内部空隙(13)流体连通并且构造为将工作流体供应至所述内部空隙(13)和将工作流体从所述内部空隙(13)移出。2.根据权利要求1所述的装置(100)，其中所述外壁(12)包括第一流量调节器(14)和第二流量调节器(14
′
)，其中所述第一流量调节器(14)被构造为控制工作流体(3)供应至所述内部间隙(13)以及控制工作流体(3)从所述内部间隙(13)供应至所述热能转换器(30)，并且其中所述第二流量调节器(14
′
)被构造为向所述内部空隙(13)供应至少一种工作流体(3)以及从所述内部空隙(13)移出至少一种工作流体(3)、优选将第一流量调节器(14)和第二流量调节器(14
′
)布置在所述热能储存材料(2)的相对两侧。3.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述内壁(11)包括至少一个流量调节器(14
″
)，所述流量调节器(14
″
)与容纳热能储存材料(2)的空腔(1)流体连通并被构造为向所述空腔(1)供应至少一种工作流体(3)以及从所述空腔(1)移出至少一种工作流体(3)。4.根据权利要求3所述的装置，其中所述隔热外壳(10)、尤其是所述外壁(12)被构造为具有至少一个喷嘴出射口(16)的喷嘴(15)，其中在所述内部空隙(13)和/或所述空腔(1)中加热的所述工作流体(3)作为直接射向所述热能转换器(30)的喷射流离开喷嘴出射口(16)，所述热能转换器优选压力密封地连接至所述隔热外壳(10)。5.根据前述权利要求中任一项所述的装置(100)，其中所述流量调节器(14，14
′
，14
″
)为阀门、闸阀、多级阀门、泵尤其是压电泵或其组合。6.根据前述权利要求中任一项所述的装置(100)，其中内壁(11)被构造为增加所述热能储存材料(2)与所述内壁(11)之间的接触面积和/或所述内壁(11)与所述工作流体(3)之间的接触面积，尤其是所述内壁(11)在其面向所述热能储存材料(2)的一侧和/或面向所述工作流体(3)的一侧包括凸起。7.根据前述权利要求中任一项所述的装置(100)，其中所述隔热外壳(10)包括两个部件(17，18)，其中在这两个部件(17，18)匹配在一起时所形成的空腔(1)被构造为将所述热能储存材料(2)容纳其中，并且其中所述热能储存材料(2)可以通过分开所述第一部件(17)和所述第二部件(18)进行更换。8.根据权利要求7所述的装置(100)，其中所述第一部件(17)和所述第二部件(18)中的至少一个能够在第一位置和第二位置之间移动并被构造为形成热阀(90)，其中在所述第一位置处，所述热阀(90)基本上防止热能从所述热能储存材料(2)转移到所述热能转换器(30)，而其中在所述第二位置处，所述热阀(90)使热能从所述热能储存材料(2)转移到所述热能转换器(30)，其中形成所述热阀(90)的至少一个活动部件(17，18)优选在所述第一位置和所述第二位置之间是连续可调的，使得向所述热能转换器(30)的热能的供应量和/或
所述热能转换器(30)的输出量是能连续调节的。9.根据前述权利要求中任一项所述的装置(100)，其中所述热能储存材料(2)包括一种或多种相变材料。10.根据前述权利要求中任一项所述的装置(100)，其中所述热能储存材料(2)包括或基本由一种或多种静态储热材料构成，该静态储热材料优选选自金属、矿物和/或陶瓷，更优选为硅、铁、铅和/或铜。11.根据前述权利要求中任一项所述的装置(100)，其中所述热能储存材料(2)包括或由用于工作流体的化学反应、特别是用于将水分解为其组成部分的催化剂构成。12.根据前述权利要求中任一项所述的装置(100)，其中所述能量源(20)包括激光器(21)，并且其中所述隔热外壳(10)包括光学系统(213，214)、特别是在所述外壁(12)和所述内壁(11)上同轴布置的光学系统(213，214)，所述光学系统构造为将进入的激光传递和/或准直和/或聚焦到所述热能储存材料(2)。13.根据前述权利要求中任一项所述的装置(100)，其中所述能量源(20)包括红外线发生器(22)。14.根据前述权利要求中任一项所述的装置(100)，其中所述能量源(20)包括具有至少一个感应线圈(233)的感应加热装置(23)，其中所述感应线圈(233)以导热方式连接到所述热能储存材料(2)、优选地所述感应线圈(233)至少部分地嵌入所述热能储存材料(2)。15.根据前述权利要求中任一项所述的装置(100)，其中所述能量源(20)包括电阻加热元件(24)、特别是浸没式加热器，其中所述电阻加热元件(24)以导热方式连接至所述热能储存材料(2)，优选地所述电阻加热元件(24)至少部分嵌入热能储存材料(2)。16.根据前述权利要求中任一项所述的装置(100)，其中传递至所述热能转换器(30)的至少一部分热能通过所述热能转换器(30)、优选通过斯特林发动机(31)、热声发电机(32)、热电发电机(33)、转子发电机(36)、珀尔帖元件(38)或用于太阳能电池(39)的上转换器转化成电力。17.根据前述权利要求中任一项所述的装置(100)，其中所述热能转换器(30)包括活塞发动机(34)和/或燃料电池(35)，其中所述活塞发动机(34)和/或所述燃料电池(35)基本上用由使用所述热能储存材料(2)进行水裂解得到的氧气和/或氢气运行。18.根据前述权利要求中任一项所述的装置(100)，其中所述装置(100)还包括热回收装置(50)，其被构造用于向所述热能储存材料(2)充入热能。19.一种优选使用根据权利要求1至18中任一项所述的装置(100)的方法，所述方法包括以下步骤：-通过热能储存材料(2)从能量源(20)接收热能；-可选地通过所述热能储存材料(2)对工作流体(3)进行加热；-可选地通过工作流体(3)将热能从所述热能储存材料(2)转移至热能转换器(30)；和-通过所述热能转换器(30)将热能转换成电能和/或动能；其中每单位时间内产生的电能和/或动能的量足以驱动载具，并且其中所述电能不必为此目的而临时储存。20.一种根据权利要求1至18中任一项所述的装置(100)的、优选以根据权利要求19所述的方法推动载具的用途。
21.一种隔热外壳(10)，尤其用于根据权利要求1至18中任一项所述的装置(100)，所述隔热外壳(10)包括限定出空腔(1)的内壁(11)、外壁(12)和由所述内壁(11)和所述外壁(12)界定出的基本气密的内部空隙(13)，其中所述外壁(12)包括至少一个流量调节器(14)，所述流量调节器与所述内部空隙(13)流体连通并且被构造为将工作流体供应至所述内部空隙(13)以及将工作流体从所述内部空隙(13)移出。22.根据权利要求21所述的隔热外壳(10)，其中所述外壁(12)包括第一流量调节器(14)和第二流量调节器(14
′
)，其中所述第一流量调节器(14)和第二流量调节器(14
′
)被构造为将工作流体供应至所述内部空隙(13)以及将工作流体从所述内部空隙(13)中移出，优选将第一流量调节器(14)和第二流量调节器(14
′
)布置在所述隔热外壳(10)的相对两侧。23.根据权利要求21或22所述的隔热外壳(10)，其中所述内壁(11)包括至少一个流量调节器(14
″
)，所述流量调节器(14
″
)与所述空腔(1)流体连通并被构造为向所述空腔(1)供应工作流体(3)以及从所述空腔(1)移出工作流体(3)。24.根据权利要求23所述的隔热外壳(10)，其中所述隔热外壳(10)、尤其是所述外壁(12)构造为具有至少一个喷嘴出射口(16)的喷嘴(15)，其中在所述内部空隙(11)和/或所述空腔(1)中加热的所述工作流体(3)作为工作流体(3)的喷射流离开喷嘴出射口(16)。25.根据权利要求21至24中任一项所述的隔热外壳(10)，其中所述流量调节器(14，14
′
，14
″
)为阀门、闸阀、多级阀门、泵尤其是压电泵或其组合。26.根据权利要求21至25中任一项所述的隔热外壳(10)，其中所述内壁(11)在其面向所述空腔(1)的一侧和/或面向所述内部空隙(13)的一侧包括凸起。27.根据权利要求21至26中任一项所述的隔热外壳(10)，其中所述隔热外壳(10)包括两个部件(17，18)，其中在这两个部件(17，18)匹配在一起时形成所述空腔(1)，并且其中所述空腔(1)能够通过分开所述第一部件(17)和所述第二部件(18)而可及。28.根据权利要求27所述的隔热外壳(10)，其中所述部件(17，18)中的至少一个能够在第一位置和第二位置之间移动并被构造为形成阀(60)，其中在所述第一位置，所述阀(60)基本上防止从所述隔热外壳(10)的外部进入所述空腔(1)，而其中在所述第二位置，所述阀(60)允许从所述隔热外壳(10)的外部进入所述空腔(1)，其中形成所述阀(60)的至少一个活动部件(17，18)优选在所述第一位置和所述第二位置之间是连续可调的。29.根据权利要求21至28中任一项所述的隔热外壳(10)，其中所述隔热外壳(10)包括光学系统(213，214)、尤其是在所述外壁(12)和所述内壁(11)上同轴布置的光学系统(213，214)，所述光学系统被构造为将进入的光传递和/或准直和/或聚焦入所述空腔(1)。30.一种组件(70)，其包括至少一种热能储存材料(2)、尤其是容纳在根据权利要求21至29中任一项所述的隔热外壳(10)中的热能储存材料(2)，和构造用于为所述热能储存材料(2)无接触地充入热能的至少一个能量源(20)，尤其是构造用于向所述热能储存材料(2)无接触地充入热能的所述至少一个能量源(20)选自激光器(21)、红外线发生器(22)或感应加热元件(23)。31.一种组件(80)，其包括至少一种热能储存材料(2)、尤其是容纳在根据权利要求21至29中任一项所述的隔热外壳(10)中的热能储存材料(2)，和至少一个热能转换器(30)，其中储存在所述热能储存材料(2)中并且供应至所述热能转换器(30)的至少一部分热能通过所述热能转换器(30)转换为电力和/或动能，该热能转换器尤其是斯特林发动机(31)、热声
发电机(32)、热电发电机(33)、活塞发动机(34)、燃料电池(35)、转子发电机(36)、珀尔帖元件(38)、用于太阳能电池的上转换器(39)、schukey机(40)、奎西发动机(41)和/或涡轮喷射器(42)。32.根据权利要求31所述的组件(80)，其中所述热能转换器(30)包括活塞发动机(34)和/或燃料电池(35)，并且其中所述活塞发动机(34)和/或所述燃料电池(35)基本上用由使用所述热能储存材料(2)进行水裂解得到的氧气和/或氢气运行。

技术总结
一种用于接收、储存和释放热能的装置，所述装置包括：限定出空腔的隔热外壳；位于所述空腔内的至少一种热能储存材料：至少一个能量源，其被构造用于向所述热能储存材料充入热能：以及热能转换器，其被构造用于接收来自所述热能储存材料热能；其中所述隔热外壳包括内壁、外壁和由所述内壁和所述外壁界定出的基本气密的内部空隙，并且其中所述外壁包括至少一个流量调节器，所述流量调节器与所述内部空隙流体连通并且被构造为将工作流体供应至所述内部空隙以及将工作流体从所述内部空隙中移出。出。出。


技术研发人员：H
受保护的技术使用者：欧可斯欧杰有限责任公司
技术研发日：2020.09.21
技术公布日：2023/5/30