CN108980955A - 矩阵管理式固体温度分区储能方法及装置 - Google Patents

矩阵管理式固体温度分区储能方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种矩阵管理式固体温度分区储能方法及装置，包括储能模式和供电模式，储能模式下低温工作介质通过固体蓄热矩阵的第一模块组进行等压吸热后，经过压缩机绝热压缩，然后通过其第二模块组进行等压放热过程，然后进入透平绝热膨胀对外做功，回到第一模块组用于循环；供电模式下区别仅在工作介质通过第二模块组等压吸热，通过第一模块组等压放热。本发明通过矩阵管理式固体温度分区储能方法及装置解决光伏发电以及风能发电中的弃风以及弃光问题以及峰谷电的削峰填谷问题，在储能和供电的同时供暖，并将废气的余热回收于另一蓄热系统中，提高了热功转换效率。

Description

矩阵管理式固体温度分区储能方法及装置
技术领域
本发明涉及一种储能供电的方法及其装置，特别是一种矩阵管理式固体温度分区储能方法及装置。
背景技术
能源的供需具有极强的时间性，从用电需求讲峰谷电现象造成大量谷电的浪费，从用电供应角度讲，以风能、太阳能以及水力势能为代表的可再生能源发电具有间歇性和波动性的特点，发电量无法与用户需求相匹配。通过蓄热储能可以有效的将能源供需的时间曲线平坦化。
2017年10月11日，国家能源局、发改委等五部委联合发布《关于促进储能技术与产业发展的指导意见》，《意见》提出了在推进储能技术装备研发示范方面，集中攻关包括相变储热材料与高温储热技术及储能系统集成技术等一批具有关键核心意义的储能技术和材料；蓄热是仅次于抽水蓄能、压缩空气储能的第三大储能技术，其中固体蓄热材料是一种廉价、安全、大容量的蓄热材料，适用温度广。主要的缺点是流动性较差以及难以恒温，本发明通过多模块，矩阵式管理方式相结合的热泵储能，有效地提高蓄热系统的流动性和温度稳定性，为储能系统提供一套廉价且稳定的良好途径。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服传统电加热蓄热介质储能方式转换效率低下的缺点，同时解决光伏发电以及风能发电中的弃风以及弃光问题，提供一种包含供热功能的高效矩阵管理式固体温度分区储能方法及装置。
本发明一方面借鉴热力学中布雷顿循环与逆布雷顿循环互为可逆的原理，通过逆布雷顿循环做功将低温热源的热量转移到高温热源实现储能，再通过布雷顿循环将高温热源的热量转移到低温热源时对外界做功实现释能。。另一方面将固体蓄热系统模块化，采用矩阵式管理模式，按照温度分区进行统一管理，将温度区间外的子模块用于供热。
由此，本发明提供一种矩阵管理式固体温度分区储能方法，其特征在于，该方法采用一固体蓄热矩阵，该固体蓄热矩阵包括第一中温区-低温区模块组和高温区-第二中温区模块组，该方法包括如下模式：
(1)储能模式：低温工作介质进入第一中温区-低温区模块组进行等压吸热后，经过压缩机绝热压缩，然后进入高温区-第二中温区模块进行等压放热过程，然后进入透平绝热膨胀对外做功，最后回到第一中温区-低温区模块组用于循环；
(2)供电模式：低温工作介质首先进入压缩机做绝热压缩，然后进入高温区-第二中温区模块组做等压吸热，然后工作介质进入透平做绝热膨胀，然后工作介质进入第一中温区-低温区模块组做等压放热，最后工作介质再次进入压缩机用于循环；
(3)供热模式：工作介质通过固体蓄热矩阵进行等压吸热后，作为暖气源释放到外界。
所述工作介质包括空气、氩气、氮气、氦气或二氧化碳。
本发明还提供一种矩阵管理式固体温度分区储能装置，其特征在于：其包括：
一储能供电系统，包括：
一固体蓄热矩阵，该固体蓄热矩阵包括第一中温区-低温区模块组和高温区-第二中温区模块组，该第一中温区-低温区模块组上设有第一固体蓄热矩阵合流混合室和第一固体蓄热矩阵气体分流室，高温区-第二中温区模块组上设有第二固体蓄热矩阵气体分流室和第二固体蓄热矩阵合流混合室；
流量控制阀、压缩机，依次连接于第一固体蓄热矩阵合流混合室和第二固体蓄热矩阵气体分流室之间；和
透平，连接第一固体蓄热矩阵气体分流室和第二固体蓄热矩阵合流混合室；以及
一供热系统，包括：
所述固体蓄热矩阵，其上还设有第三固体蓄热矩阵气体分流室和第三固体蓄热矩阵合流混合室，所述第三固体蓄热矩阵合流混合室连接外界；
一进气装置，与第三固体蓄热矩阵气体分流室相连；
所述固体蓄热矩阵包括至少两个相互独立隔热的蓄热介质保温模块，这些蓄热介质保温模块沿矩阵的走向温度由高至低排列，且通过两套独立的网络式保温管道相连。
所述网络式保温管道位于蓄热介质保温模块外的那部分均覆盖有保温层，使得该工作介质密封管道在蓄热介质保温模块内与蓄热介质保温模块之间不隔热，且在蓄热介质保温模块外与外界隔热。
所述蓄热介质保温模块的材料为固体蓄热块或蓄热砖。
所述第三固体蓄热矩阵合流混合室上连接有一供暖总成，该供暖总成包括水暖或油暖装置和汽暖装置中的一种或两种。
第三固体蓄热矩阵合流混合室和供暖总成之间设有一分流阀，该分流阀的入口连接所述第三固体蓄热矩阵合流混合室，出口则连接供暖总成。
所述水暖或油暖装置包括一气液换热器，该气液换热器连接有供热系统；所述油暖装置包括一合流阀，其入口之一与所述第三固体蓄热矩阵合流混合室相连。
所述固体蓄热矩阵合流混合室和压缩机之间设有一流量控制阀。
本发明的矩阵管理式固体温度分区储能方法及装置克服传统电加热蓄热介质储能方式效率低下的缺点，通过结合单罐或双罐熔盐储热与热泵的原理，提供一种高效的储能供电的方法及其装置，该储能供电方法可以解决光伏发电以及风能发电中的弃风以及弃光问题，为了应对诸如西部地区昼夜温差大的问题，在储能和供电的同时为社区提供暖气。本发明一方面克服了发明专利“热泵式储能供电供热方法及装置(201711402735.7)”和“热泵式交替储能供电方法及装置(201810180017.8)”基于熔盐蓄热的储能装置的一些固有缺陷，包括熔盐工作温度范围有限、熔盐腐蚀性、熔盐泵的使用寿命以及熔盐气体换热器温差等难题，另一方面克服了发明专利“固体串联型热泵式循环储能方法及装置(201810258652.3)”中蓄冷系统在北方地区实用性不高，发电时透平出口温度过高，难以回收利用等缺陷，本发明利用“多模块”、“矩阵管理”以及“发电余热回收”等方法，有效提高储能系统的温度稳定性，降低成本，并结合热泵热机的原理，是大规模储能的一种切实有效的方法。
附图说明
图1为根据本发明所采用的固体蓄热矩阵结构的示意图，其中图1(a)为剖面图，图1(b)为立体图。
图2为根据本发明的一个实施例的矩阵管理式固体温度分区储能装置的结构示意图。
图3为如图1所示的固体蓄热矩阵的分区结构示意图。
附图标记说明：
1、流量控制阀
2、压缩机
3、透平
4、第一进气装置
5、气液换热器
6、第二进气装置
7、合流阀
8、分流阀
9、液体供热系统
10、第一固体蓄热矩阵合流混合室
11、第二固体蓄热矩阵气体分流室
12、第一固体蓄热矩阵气体分流室
13、第二固体蓄热矩阵合流混合室
14、第三固体蓄热矩阵气体分流室
15、第三固体蓄热矩阵合流混合室
16、固体蓄热矩阵
16(a)、第一中温区-低温区模块组
16(b)、高温区-第二中温区模块组
17、蓄热介质保温模块
18、工作介质密封换热管道
19、网络式保温管道
20、蓄热介质保温层
具体实施方式
下文中定义如下符号
固体蓄热矩阵高温区温度期望值，单位：K
固体蓄热矩阵第二中温区温度期望值，单位：K
T0：固体蓄热矩阵低温区温度期望值，单位：K
T1：固体蓄热矩阵第一中温区温度期望值，单位：K
ΔT：温区宽度，单位：K
Tair：环境空气温度，单位：K
储能模式下的透平入口温度，单位：K
储能模式下的压缩机出口温度，单位：K
T0c1：储能模式下的透平出口温度，单位：K
T1c1：储能模式下的压缩机入口温度，单位：K
供电模式下的压缩机出口温度，单位：K
供电模式下的透平入口温度，单位：K
T0c2：供电模式下的压缩机入口温度，单位：K
T1c2：供电模式下的透平出口温度，单位：K
Tout：固体蓄热矩阵的出口温度，单位：K
Wc1：储能模式下的压缩机的功率，单位：MW
Wt1：储能模式下的透平的功率，单位：MW
Wc2：供电模式下的压缩机的功率，单位：MW
Wt2：供电模式下的透平的功率，单位：MW
储能模式下的净输入功率，单位：MW
供电供热模模式下的净输出功率，单位：MW
ηcp-----压缩机绝热效率
ηtp----透平绝热效率
ηs：储能模式下的储热效率
ηw：供电模式下的发电效率
ηall：系统储能综合效率
κ：工作气体绝热指数
π：储能模式下压缩机以及透平的压缩比
π′：供电模式下压缩机以及透平的压缩比
Hij：固体蓄热矩阵的蓄热介质保温模块
Tij：蓄热介质保温模块的平均温度
本发明的矩阵管理式固体温度分区储能方法需要采用固体蓄热矩阵，该固体蓄热矩阵的具体结构如图1(a)-1(b)所示，包括多个相互独立隔热的内部蓄热介质温度不同的蓄热介质保温模块，这些蓄热介质保温模块通过三套独立的用于使工作介质通过的网络式保温管道19相连，网络式保温管道外均覆盖有蓄热介质保温层20，且所述固体蓄热矩阵内还设有与所述网络式保温管道19相连的工作介质密封换热管道18，使得这些蓄热介质保温模块与工作介质密封换热管道18和网络式保温管道19内的工作介质发生换热，且蓄热介质保温模块与外界隔热。
固体蓄热矩阵的多个蓄热介质保温模块沿矩阵的走向温度由高至低排列，根据温度，可以在任意时刻被划分为高温区、第一中温区、第二中温区、低温区以及其他温区，每个温区分别对应于多个相互独立隔热的蓄热介质保温模块。其中高温区对应于该时刻下温度在附近的蓄热介质保温模块，第一中温区对应于该时刻下温度在T1附近的蓄热介质保温模块，第二中温区对应于该时刻下温度在附近的蓄热介质保温模块，低温区对应于该时刻下温度在T0附近的蓄热介质保温模块，其他温区对应于该时刻下温度不在附近的蓄热介质保温模块。由于这些温区之间随着蓄热以及释热会相互转换，且如图3所示，固体蓄热矩阵中包括一组温度可在T0与T1之间转换的蓄热介质保温模块以及一组温度可在与之间转换的蓄热介质保温模块，因此，将该组温度可在T0与T1之间转换的蓄热介质保温模块定义为第一中温区-低温区模块组，并将该组温度可在与之间转换的蓄热介质保温模块定义为高温区-第二中温区模块组。
本发明的矩阵管理式固体温度分区储能方法的原理如下：
储能模式下，低温工作介质首先进入固体蓄热矩阵的第一中温区-低温区模块组后通过第一中温区做等压吸热提高温度，此时第一中温区-低温区模块组的第一中温区的蓄热介质保温模块温度在T1附近，第一中温区的蓄热介质保温模块释放热量，因此其温度有所下降，部分下降至低温T0附近(即第一中温区-低温区模块组中部分第一中温区的蓄热介质保温模块转换为低温区的蓄热介质保温模块)；然后工作介质进入压缩机做绝热压缩，成为高温高压气体，然后高温工作介质进入高温区-第二中温区模块组通过第二中温区做等压放热降低温度，此时高温区-第二中温区模块组的第二中温区的蓄热介质保温模块的温度在附近，第二中温区的蓄热介质保温模块吸收热量后，温度有所上升，并上升至高温(即高温区-第二中温区模块组中部分第二中温区的蓄热介质保温模块转换为高温区的蓄热介质保温模块)，然后工作介质进入透平做绝热膨胀，成为低温低压气体，最后工作介质再次进入第一中温区-低温区模块组，周而复始。
对于供电模式，低温工作介质首先进入压缩机做绝热压缩，成为中温高压气体，然后进入高温区-第二中温区模块组通过高温区做等压吸热提高温度，此时高温区-第二中温区模块组的高温区的蓄热介质保温模块温度在附近部分高温区的蓄热介质保温模块释放热量后其温度有所下降，下降至附近(即高温区-第二中温区模块组中部分高温区的蓄热介质保温模块转换为第二中温区的蓄热介质保温模块)；然后高温高压工作介质进入透平做绝热膨胀，成为中温低压气体，然后中温低压工作介质进入固体蓄热矩阵的第一中温区-低温区模块组通过低温区做等压放热降低温度，此时第一中温区-低温区模块组的低温区的蓄热介质保温模块温度在T0附近，部分第一中温区的蓄热介质保温模块吸收热量后温度有所上升，并上升至T1附近(即第一中温区-低温区模块组中的部分低温区的蓄热介质保温模块转换为第一中温区的蓄热介质保温模块)，最后工作介质再次进入压缩机，周而复始。
对于供热模式，由于实际压缩机与透平的绝热效率小于1，因此其出口温度会高于理想压缩机或透平，因此存在一些蓄热介质保温模块，其温度在高温区、第二中温区、第一中温区以及低温区之外，我们称其为其他温区，我们通过引入外界常温空气通过固体蓄热矩阵中的其他温区的蓄热介质保温模块进行等压吸热后，作为暖气源释放到外界。同时其他温区的蓄热介质保温模块分别转换为高温区、第二中温区、第一中温区以及低温区蓄热介质保温模块。
根据以上原理，试举一实例说明：
如图2所示，为根据本发明的一实施例的矩阵管理式固体温度分区储能装置的结构图。下面根据该图简述本发明的矩阵管理式固体温度分区储能装置的工作原理，即本发明的矩阵管理式固体温度分区储能方法的具体过程。储能模式下，低温工作介质首先通过第一固体蓄热矩阵气体分流室12进入第一中温区-低温区模块组后，由第一套网络式保温管道19(a)通过第一中温区的蓄热介质保温模块做等压吸热提高温度，一方面工作气体通过从固体蓄热矩阵16中吸收热量Q1c1后升高温度为T1c1，另一方面第一中温区-低温区模块组中的第一中温区的蓄热介质保温模块的温度从T1附近降低到T0附近，部分第一中温区的蓄热介质保温模块转换为低温区的蓄热介质保温模块；然后中温工作介质汇集到第一固体蓄热矩阵合流混合室10后经一流量控制阀1进入压缩机2做绝热压缩消耗功Wc1，对于给定压缩比P，将工作气体压缩为高温高压气体，这里的压缩机2并非理想压缩机，应考虑绝热效率ηc和多变效率ηcp，气体从压缩机2的出口出来后温度升高为(κ为绝热指数，π为储能模式下压缩机2以及透平3的压缩比)；，然后高温工作介质通过第二固体蓄热矩阵气体分流室11进入高温区-第二中温区模块组后，由第二套网络式保温管道19(b)通过第二中温区的蓄热介质保温模块做等压放热降低温度，一方面工作介质等压放热Q2c1后温度降低为另一方面高温区-第二中温区模块组中第二中温区的蓄热介质保温模块的温度从附近升高到附近，部分第二中温区的蓄热介质保温模块转换为高温区的蓄热介质保温模块，然后工作介质汇集到第二固体蓄热矩阵合流混合室13后进入透平3做绝热膨胀对外做功Wt1，气体从透平3的出口出来后高温工作气体温度从降低到即膨胀为低温常压气体，最后工作介质再次通过第一固体蓄热矩阵气体分流室12分流到第一中温区-低温区模块组，周而复始。
对于供电模式，低温工作介质经流量控制阀1首先进入压缩机2做绝热压缩消耗功Wc2，将工作气体压缩为中温高压气体，然后工作气体从压缩机2出口出来后，工作介质通过第二固体蓄热矩阵气体分流室11分流到高温区-第二中温区模块组后，由网络式保温管道19(b)通过高温区的蓄热介质保温模块做等压吸热提高温度，一方面工作气体通过从固体蓄热矩阵16中吸收热量Q2c2后升高温度为另一方面固体蓄热矩阵16的高温区-第二中温区模块组中的高温区蓄热介质保温模块的温度从附近降低到附近；部分高温区蓄热介质保温模块转换为第二中温区蓄热介质保温模块；然后高温高压工作介质汇集到第二固体蓄热矩阵合流混合室13后进入透平3做绝热膨胀对外做功Wt2，使得工作介质温度从的高温高压工作气体膨胀为温度为的中温低压气体，然后中温低压工作介质通过第一固体蓄热矩阵气体分流室12分流到第一中温区-低温区模块组后，由网络式保温管道19(a)通过低温区的蓄热介质保温模块做等压放热Q1c2后温度降低为固体蓄热矩阵16的第一中温区-低温区模块组中的低温区蓄热介质保温模块吸收热量后，温度从T0附近上升到T1附近，部分低温区蓄热介质保温模块转换为第一中温区蓄热介质保温模块，最后工作介质汇集到第一固体蓄热矩阵合流混合室10后再次进入压缩机2，周而复始。在此过程中透平3所做的功用于供电。
对于供暖模式，第一进气装置4从外界引入干燥空气，干燥空气通过第三固体蓄热矩阵气体分流室14后由网络式保温管道19(c)分流到高温区-第二中温区模块组以及第一中温区-低温区模块组中的其他温区的蓄热介质保温模块，通过吸收热量提升温度，同时其他温区的蓄热介质保温模块释放热量后降低温度，部分蓄热介质保温模块分别进入高温区、第二中温区、第一中温区以及低温区，然后空气通过第三固体蓄热矩阵合流混合室15后能作为暖气源释放到外界。第三固体蓄热矩阵合流混合室15上连接有一供暖总成，从而将该空气通过该供暖总成释放到外界。第三固体蓄热矩阵合流混合室15和供暖总成之间设有一分流阀8，该分流阀8的入口连接所述第三固体蓄热矩阵合流混合室15，且具有两路出口，出口连接有供暖总成。供暖总成可以是一个水暖或油暖装置，包括一气液换热器5，该气液换热器5连接有供热系统9以向该供热系统9提供液体热源；供暖总成也可以是一合流阀7，该合流阀7的入口之一与第三固体蓄热矩阵合流混合室15通过分流阀8相连，合流阀7的另一个入口连接有一第二进气装置6，通过该第二进气装置6与外界气体合流后达到指定温度，作为暖气释放。
本发明的蓄热介质保温模块内的传换热通道足够长，因此可以忽路换热温差。对于储能模式，参见如下温度关系，
T1-ΔT≤T1c1≤T1+ΔT
T0-ΔT≤T0c1≤T0+ΔT
对于供电模式，其温度关系如下，
T1-ΔT≤T1c2≤T1+ΔT
T0-ΔT≤T0c2≤T0+ΔT
固体蓄热矩阵16由多个相互独立隔热的蓄热介质保温模块组成
温度矩阵可表示为
本发明中的压缩机2并非理想压缩机，应考虑绝热效率ηc和多变效率ηcp均小于1，对于储能模式以及供电模式，压缩机2的进出口温度关系为：
上式中
本发明中透平3并非理想透平，应考虑绝热效率ηt和多变效率ηtp均小于1，对于储能模式以及供电模式，透平3的进出口温度关系为：
上式中
本发明中供电模式下压缩机2以及透平3的压缩比由压缩机2的绝热效率以及出入口温度决定
本发明中储能模式和供热模式下循环的储能效率ηs可以由压缩机2、透平3以及各工作点温度计算得到
本发明中供电模式下的热机效率由压缩机2、透平3以及各工作点温度计算得到
本发明中系统储能综合效率由储能模式下循环的储能效率、供电模式下的热机效率以及换热器换热决定。
上述实施例中，固体蓄热子模块的固体蓄热介质1为包含氧化镁或氧化铁等金属氧化物的蓄热砖材料，或包含硅酸盐成分的陶瓷材料。固体蓄冷子模块的固体蓄冷介质1’为包含氧化镁或氧化铁等金属氧化物的蓄热砖材料，或包含硅酸盐成分的陶瓷材料。
上述实施例中，工作介质均为空气，也可以更换为任何在工作温度下不会相变的气体，如二氧化碳。一般来说单原子气体由于绝热指数较高，有助于提高系统工作效率，如氩气、氮气或氦气。但由于成本问题，单原子气体应进行回收利用以降低成本，一般用于储能模式，空气作为双原子气体，是非常容易获取的零成本工作介质，一般用于发电模式或热能综合利用模式。本发明实施例中出于简化系统以及优化成本的考虑采用空气作为工作介质。此外，本发明的各个模式下的工作介质不必相同。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。

Claims (10)

1.一种矩阵管理式固体温度分区储能方法，其特征在于，该方法采用一固体蓄热矩阵，该固体蓄热矩阵包括第一中温区-低温区模块组和高温区-第二中温区模块组，该方法包括如下模式：
(1)储能模式：低温工作介质进入第一中温区-低温区模块组进行等压吸热后，经过压缩机绝热压缩，然后进入高温区-第二中温区模块组进行等压放热过程，然后进入透平绝热膨胀对外做功，最后回到第一中温区-低温区模块组用于循环；
(2)供电模式：低温工作介质首先进入压缩机做绝热压缩，然后进入高温区-第二中温区模块组做等压吸热，然后工作介质进入透平做绝热膨胀，然后工作介质进入第一中温区-低温区模块组做等压放热，最后工作介质再次进入压缩机用于循环；
(3)供热模式：工作介质通过固体蓄热矩阵进行等压吸热后，作为暖气源释放到外界。
2.根据权利要求1所述的矩阵管理式固体温度分区储能方法，其特征在于，所述工作介质包括空气、氩气、氮气、氦气或二氧化碳。
3.一种矩阵管理式固体温度分区储能装置，其特征在于：其包括：
一储能供电系统，包括：
一固体蓄热矩阵，该固体蓄热矩阵包括第一中温区-低温区模块组和高温区-第二中温区模块组，该第一中温区-低温区模块组上设有第一固体蓄热矩阵合流混合室和第一固体蓄热矩阵气体分流室，高温区-第二中温区模块组上设有第二固体蓄热矩阵气体分流室和第二固体蓄热矩阵合流混合室；
流量控制阀、压缩机，依次连接于第一固体蓄热矩阵合流混合室和第二固体蓄热矩阵气体分流室之间；和
透平，连接第二固体蓄热矩阵气体分流室和第一固体蓄热矩阵合流混合室；以及
一供热系统，包括：
所述固体蓄热矩阵，其上还设有第三固体蓄热矩阵气体分流室和第三固体蓄热矩阵合流混合室，所述第三固体蓄热矩阵合流混合室连接外界；和
一进气装置，与第三固体蓄热矩阵气体分流室相连。
4.根据权利要求3所述的矩阵管理式固体温度分区储能装置，其特征在于，所述固体蓄热矩阵包括至少两个相互独立隔热的蓄热介质保温模块，这些蓄热介质保温模块沿矩阵的走向温度由高至低排列，且通过多套独立的网络式保温管道相连，网络式保温管道外均覆盖有保温层。
5.根据权利要求4所述的矩阵管理式固体温度分区储能装置，其特征在于，所述固体蓄热矩阵内设有与所述网络式保温管道相连的工作介质密封换热管道。
6.根据权利要求4所述的矩阵管理式固体温度分区储能装置，其特征在于，所述蓄热介质保温模块的材料为固体蓄热块或蓄热砖。
7.根据权利要求3所述的矩阵管理式固体温度分区储能装置，其特征在于，所述第三固体蓄热矩阵合流混合室上连接有一供暖总成，该供暖总成包括水暖或油暖装置和汽暖装置中的一种或两种。
8.根据权利要求7所述的矩阵管理式固体温度分区储能装置，其特征在于，第三固体蓄热矩阵合流混合室和供暖总成之间设有一分流阀，该分流阀的入口连接所述第三固体蓄热矩阵合流混合室，出口则连接供暖总成。
9.根据权利要求7或8所述的矩阵管理式固体温度分区储能装置，其特征在于，所述水暖或油暖装置包括一气液换热器，该气液换热器连接有供热系统；所述油暖装置包括一合流阀，其入口之一与所述第三固体蓄热矩阵合流混合室相连。
10.根据权利要求3所述的矩阵管理式固体温度分区储能装置，其特征在于，所述固体蓄热矩阵合流混合室和压缩机之间设有一流量控制阀。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2455532A (en) * 2007-12-11 2009-06-17 Thomas Tsoi-Hei Ma Rotary gas heat exchanger
CN202304521U (zh) * 2011-06-12 2012-07-04 北京兆阳能源技术有限公司 一种固体储热装置
WO2013059467A3 (en) * 2011-10-19 2013-08-15 Abengoa Solar Inc. High temperature thermal energy storage
CN206054020U (zh) * 2016-09-30 2017-03-29 西安热工研究院有限公司 一种集供热、制冷和发电为一体的电热储能系统
CN206208058U (zh) * 2016-10-18 2017-05-31 原初科技（北京）有限公司 气体加热系统
CN106959032A (zh) * 2017-04-01 2017-07-18 中国科学院上海高等研究院 一种高温熔盐相变蓄放热装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2455532A (en) * 2007-12-11 2009-06-17 Thomas Tsoi-Hei Ma Rotary gas heat exchanger
CN202304521U (zh) * 2011-06-12 2012-07-04 北京兆阳能源技术有限公司 一种固体储热装置
WO2013059467A3 (en) * 2011-10-19 2013-08-15 Abengoa Solar Inc. High temperature thermal energy storage
CN206054020U (zh) * 2016-09-30 2017-03-29 西安热工研究院有限公司 一种集供热、制冷和发电为一体的电热储能系统
CN206208058U (zh) * 2016-10-18 2017-05-31 原初科技（北京）有限公司 气体加热系统
CN106959032A (zh) * 2017-04-01 2017-07-18 中国科学院上海高等研究院 一种高温熔盐相变蓄放热装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CHRISTELLE PÉRILHON等: "Thermal Electricity Storage by a Thermodynamic Process: Study of Temperature Impact on the Machines", 《ENERGY PROCEDIA》 *
戴叶等: "新型热泵储电系统的设计方案及其性能分析", 《可再生能源》 *

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