CN109708509A - 一种高效蓄能系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种高效蓄能系统，包括蓄能装置，在蓄能装置的内部设置有多个蓄能相变材料体以及流动液体，蓄能装置具有液体进口及液体出口；液体出口通过第一外部出水管道连接能量转换设备，能量转换设备对第一外部出水管道输送的液体进行加热或降温后将液体通过第一外部进水管道传输至液体进口；经过能量转换设备后的液体进入蓄能装置后将能量传递给蓄能相变材料，蓄能相变材料储备能量；能量转换设备在用电谷时工作，蓄能相变材料体在用电谷时储存能量，蓄能相变材料体在白天释放能量。使用本发明技术方案，提高了夜间电的利用比率，可大幅度降低运行成本，同时降低了蓄能系统的占地面积。

Description

一种高效蓄能系统

技术领域

本发明涉及能量储备技术领域，尤其涉及一种高效蓄能系统。

背景技术

随着工业化的进程，常规能源的消耗在不断加剧。诸如煤炭、石油、天然气等能源的消耗呈不断上升趋势。日益增长的需求导致各种能源过度开采，对生态环境造成恶劣影响。因此，节约能源，减少碳排放是目前各类生产的必备的要求。现有的加热或者制冷等仍在消耗大量的电能或者煤炭等，特别是夏季空调以及冬季的供暖，均在消耗大量的不可再生资源，如何在现有设备基础上增强能量转换效率以及降低环境污染是亟需解决的问题。

发明内容

本发明为了解决了现有技术中供热或制冷系统中能量消耗大的缺陷，提出了一种可以有效减少占地面积的同时提高能量转化率的高效蓄能系统。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种高效蓄能系统，包括蓄能装置，在所述蓄能装置的内部设置有多个蓄能相变材料体以及流动液体，所述蓄能装置具有第一液体进口及第一液体出口；所述第一液体出口通过第一外部出水管道连接能量转换设备，所述能量转换设备对第一外部出水管道输送的液体进行加热或降温后将所述液体通过第一外部进水管道传输至第一液体进口；经过能量转换设备后的液体进入所述蓄能装置后将能量传递给所述蓄能相变材料，所述蓄能相变材料储备能量；所述能量转换设备在用电谷时工作，所述蓄能相变材料体在用电谷时储存能量，所述蓄能相变材料体在白天释放能量。

进一步，所述蓄能装置还包括第二能量释放液体进口及第二能量释放液体出口；所述能量释放第二液体出口通过第二外部出水管道连接有热变换器，所述热变换器将第二外部出水管道输送的液体进行能量消耗后通过第二外部进水管道传输至能量释放第二液体进口；经所述热变换器消耗能量后的液体进入所述蓄能装置，所述蓄能相变材料体向消耗能量后的液体传递能量。。

进一步，所述第一外部出水管道上设置有三通阀A，所述三通阀A的两个出口分别连接所述第一外部出水管道的后段以及第二外部出水管道；所述第一外部出水管道的后段连接有热变换器，所述热变换器将第一外部出水管道的后段输送来的液体进行能量消耗后通过第一外部进水管道传输至液体进口；所述第一外部进水管道设置有三通阀B，所述三通阀B的两个出口分别连接所述液体进口以及第三外部出水管道；所述第三外部出水管道连接至所述第一外部出水管道的后段；所述第二外部出水管道连接所述能量转换设备，所述能量转换设备将所述第二外部出水管道输送的液体进行加热或降温后通过第二外部进水管道连接至所述三通阀B的进口。从而可以使得蓄能装置仅设置两个口便可以实现所有蓄能及能量供应的功能，避免了蓄能装置需要设置多个液体进出口从而带来易损坏且难维护修理的缺陷；另外通过电磁阀的设置可以提高整个系统的高效控制。进一步，当用电谷时，连接所述第一外部出水管道后段的三通阀A的出口关闭；所述蓄能装置内的液体通过所述液体出口进入所述三通阀A，并通过三通阀A进入所述第二外部出水管道；所述第二外部出水管道将液体输送至所述能量转换设备，所述能量转换设备将液体进行加热或降温处理后通过第二外部进水管道连接至所述三通阀B的进口；其中所述经处理的液体一部分通过三通阀B进入所述液体进口，所述经处理的另一部分液体通过所述第三外部出水管道后经所述第一外部出水管道的后段进入所述热变换器。从而实现在用电低谷时，储备大量能量，降低成本的同时，提高储能效率。

进一步，所述蓄能装置为蓄热装置，所述蓄能相变材料体为蓄热相变材料体；所述能量转换设备为加热设备；所述蓄热相变材料体设置于所述蓄热装置的下部，所述蓄热装置内部的液体为水；经所述热变换器消耗能量后的水温度降低并进入所述蓄热装置，所述蓄热相变材料体向降温后的水传递热量加热，经加热后的水再次经过第二外部管道进入所述热变换器。

进一步，设定所述蓄热装置内的所有蓄热相变材料体全部达到恒定后的温度为60～65℃，当所述蓄热相变材料体的温度达到60～65℃时，自所述加热设备加热后的水进入所述蓄热装置后不再向所述蓄热相变材料体加热，所述蓄热相变材料体达到恒温。

进一步，所述热变换器连接城市供热系统或生活用水系统。从而有效增强蓄能系统的利用效率。

进一步，所述蓄能装置为蓄冷装置，所述蓄能相变材料体为蓄冷相变材料体；所述能量转换设备为降温设备；所述蓄冷相变材料体设置于所述蓄冷装置的下部，所述蓄冷装置内部的液体为水；经所述热变换器消耗能量后的水温度升高并进入所述蓄冷装置，所述蓄冷相变材料体向升温后的水传递冷量降温，经降温后的水再次经过第二外部管道进入所述热变换器。

进一步，所述蓄能系统包括多个蓄能装置，所述蓄能装置为罐体，多个罐体蓄能装置同时连接能量转换设备以及热变换器。

更进一步，所述液体进口设置在所述蓄能装置底部，所述液体出口设置在所述蓄能装置的上部。

使用本发明技术方案，可以大幅提高夜间谷电的利用比率，降低了白天高峰期的用电量，可大幅度降低运行成本；同时降低了通常全部使用液体进行能量转化的用地面积，其可以是同等能量转化效率的液体占地面积的最多1/20。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明具体实施例一中蓄能系统结构示意图；

图2为本发明具体实施例二中蓄能系统结构示意图；

图3为本发明具体实施例一或二中具有多个蓄能装置的蓄能系统结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

具体实施例一：

见图1，一种高效蓄能系统1000，包括蓄能装置1，在蓄能装置1的内部设置有多个蓄能相变材料体2以及流动液体3，蓄能装置1具有液体进口11及液体出口12；液体出口12通过第一外部出水管道13连接能量转换设备4，能量转换设备4对第一外部出水管道13输送的液体进行加热或降温后将液体通过第一外部进水管道17传输至液体进口11；经过能量转换设备4后的液体进入蓄能装置1后将能量传递给蓄能相变材料2，蓄能相变材料2储备能量；能量转换设备4优选在用电谷时工作，蓄能相变材料体2在用电谷时储存能量，蓄能相变材料体2在白天释放能量。可以与白天用电高峰期错开，使得蓄能系统100降低用电成本的同时提高整体系统的效率，且白天通过蓄能相变材料2将能量转化利用。

本发明具体实施例一中，蓄能装置1还包括能量释放液体出口15及能量释放液体出口14；能量释放液体出口14通过第二外部出水管道16连接有热变换器5，热变换器5将第二外部出水管道16输送的液体进行能量消耗后通过第二外部进水管道18传输至能量释放液体进口15；经热变换器5消耗能量后的液体进入蓄能装置1，蓄能相变材料体2向消耗能量后的液体传递能量。由此，使得蓄能装置与能量转换设备以及热变换器连接，从而形成了一种循环的能量储备与释放系统，从而提高了能量的转化率。

由于蓄能相变材料体2内的相变材料在自固态向液态或者液态向固态转变时，需要经历物理状态的变化。在这两种相变过程中，材料需要自环境中吸热，本发明具体实施例中，当自液体进口11中进入的液体温度高于蓄能相变材料体2内的相变材料的温度时，蓄能相变材料体2大量吸收液体温度的热量；反之，当自液体进口11中进入的液体温度低于蓄能相变材料体2内的相变材料的温度时，将向环境中放热。在物理状态发生变化时可储存或释放的能量称为相变热，发生相变的温度范围很窄。物理状态发生变化时，材料自身的温度在相变完成前几乎维持不变。大量相变热转移到环境中时，产生了一个宽的温度平台。其原理是：相变材料在热量的传输过程中将能量储存起来，就像热阻一样将可以延长能量传输时间，使温度梯度减小。

本发明具体实施例一中，其中蓄能装置1优选为蓄热装置10，蓄能相变材料体2优选为蓄热相变材料体20；能量转换设备4优选为加热设备40；蓄热相变材料体20设置于蓄热装置10的下部，蓄热装置10内部的液体为水；经热变换器5消耗能量后的水温度降低并进入蓄热装置10，蓄热相变材料体20向降温后的水传递热量加热，经加热后的水再次经过第二外部管道16进入热变换器5。

本发明具体实施例一中，为了适应供暖系统或者其他生活用水系统的常用温度，可以设定蓄热装置10内的所有蓄热相变材料体20全部达到恒定后的温度为60～65℃，当蓄热相变材料体的温度达到60～65℃时，自加热设备40加热后的水进入蓄热装置10后不再向蓄热相变材料体20加热，蓄热相变材料体20达到恒温。其中，热变换器5优选连接城市供热系统或生活用水系统6。从而有效增强蓄热系统10的利用效率。

本发明具体实施例一中，使用时，在晚间的用电低谷时，蓄热装置10蓄热，加热设备40向蓄热装置10内供应高温水，高温的水进入蓄热装置10内部，温度相对较低的蓄热相变材料体20将吸收高温水的热量并储存热量，循环往复多次后，蓄热装置10内的所有蓄热相变材料体20被逐渐全部升到一定温度后不再继续吸收热量，并开始储存能量。当使用热量时，在白天，需要向供暖或供热或其他生活热水供热时，蓄热装置10内的高温水通过第二外部管道16经热变换器5进行热量传输转移，经热变换器5后，高温水的温度降低并再次回到蓄热装置10内，由此，新进入的水的温度低于蓄热装置10内的蓄热相变材料体20的温度，蓄热相变材料体20便向周围的低温的水加热，加热后的水继续通过第二外部管道16到达热变换器5，进行持续循环供热。

显然的，本发明具体实施例一中，其中蓄能装置1也可以是蓄冷装置，相应的，蓄能相变材料体2可以为蓄冷相变材料体，能量转换设备4可以为降温设备。相应地，热变换器5可连接生活制冷系统7，如空调系统或者工厂降温系统等。

为了加快能量循环，优选地，本发明具体实施例一中，液体进口11、能量释放液体进口15均设置在蓄能装置1的底部，液体出口12及能量释放液体出口14均设置在所述蓄能装置1的上部。

具体实施例二：

如图2所示的本发明具体实施例二中的高效储能系统中，与具体实施例一不同的是外部管道的设置，其他结构及原理均相同。

其中本发明具体实施例二中，蓄能装置100的内部设置有多个蓄能相变材料体200以及流动液体300，蓄能装置100具有液体进口101及液体出口102；液体出口102通过第一外部出水管道103连接能量转换设备400，能量转换设备400对第一外部出水管道103输送的液体进行加热或降温后将液体通过第一外部进水管道107传输至液体进口101；经过能量转换设备400后的液体进入蓄能装置100后将能量传递给蓄能相变材料200，蓄能相变材料200储备能量；能量转换设备400优选在用电谷时工作，蓄能相变材料体200在用电谷时储存能量，蓄能相变材料体200在白天释放能量。可以与白天用电高峰期错开，使得蓄能系统100降低用电成本的同时提高整体系统的效率，且白天通过蓄能相变材料200将能量转化利用。

本发明具体实施例二中，第一外部出水管道103上设置有三通阀A1031，三通阀A1031的两个出口分别连接第一外部出水管道103的后段以及第二外部出水管道104；第一外部出水管道103的后段连接有热变换器500，热变换器500将第一外部出水管道103的后段输送来的液体进行能量消耗后通过第一外部进水管道107传输至液体进口101；第一外部进水管道107设置有三通阀B1071，三通阀B1071的两个出口分别连接液体进口101以及第三外部出水管道105；第三外部出水管道105连接至第一外部出水管道103的后段。

第二外部出水管道104连接能量转换设备400，能量转换设备400将第二外部出水管道104输送的液体进行加热或降温后通过第二外部进水管道106连接至三通阀B1071的进口。从而可以使得蓄能装置100仅设置一个液体进口101及一个液体出口102便可以实现所有蓄能及能量供应的功能，避免了蓄能装置100需要设置多个液体进出口从而带来易损坏且难维护修理的缺陷；另外通过电磁阀的设置可以提高整个系统的高效控制。

本发明具体实施例二中，与具体实施例一的工作原理相同，只是液体传输管道的结构不同。当用电谷时，连接第一外部出水管道103后段的三通阀A1031的出口关闭，即储能装置100内输出的液体不再通往热变换器500，而是直接通过三通阀A1031进入到能量转换设备400内进行能量吸收。

也即，蓄能装置100内的液体通过液体出口102进入三通阀A1031，并通过三通阀A1031进入第二外部出水管道104；第二外部出水管道104将液体输送至能量转换设备400，能量转换设备400将液体进行加热或降温处理后通过第二外部进水管道106连接至三通阀B1071的进口。

其中经处理的液体一部分通过三通阀B1071进入液体进口101，经处理的另一部分液体通过第三外部出水管道105后经第一外部出水管道103的后段进入热变换器500。从而实现在用电低谷时，储备大量能量，降低成本的同时，提高储能效率。

为了加快能量循环，优选地，本发明具体实施例中，优选地，液体进口101、设置在蓄能装置100的底部，液体出口102设置在蓄能装置100的上部。

其中，如图3所示，本发明具体实施例一和二中，优选地，蓄能系统1000包括多个蓄能装置(1，100)，其中蓄能装置(1，100)为罐体，多个罐体蓄能装置(1，100)同时连接能量转换设备(4，400)以及热变换器(5，500)，由此可以高效控制每个蓄能装置(1，100)，且即便一个蓄能装置(1，100)出现故障也不会影响整个系统的正常使用，且以往的技术中使用水加热或制冷的蓄水池占地面积比本发明中的整体的蓄能系统的占地面积大20～100多倍，有效节省用水的同时降低了土地使用面积。

使用本发明技术方案，一是清洁无污染，实现零污染、零排放；二是，高效节能，热功率达98以上。且该系统采用低谷电蓄热技术，减少了白天用电负荷，有效缓解用电紧张情况，降低了用电成本，起到了移峰填谷的作用；三是，自动化程度高、运行安全可靠，可以完全实现智能化无人自动控制。

使用本发明技术方案，可以大幅提高夜间电的利用比率，降低了白天高峰期的用电量，可大幅度降低运行成本；同时降低了通常全部使用液体进行能量转化的用地面积，其可以是同等能量转化效率的液体占地面积的最多1/20。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高效蓄能系统，其特征在于：包括蓄能装置，在所述蓄能装置的内部设置有多个蓄能相变材料体以及流动液体，所述蓄能装置具有液体进口及液体出口；

所述液体出口通过第一外部出水管道连接能量转换设备，所述能量转换设备对第一外部出水管道输送的液体进行加热或降温后将所述液体通过第一外部进水管道传输至液体进口；经过能量转换设备后的液体进入所述蓄能装置后将能量传递给所述蓄能相变材料，所述蓄能相变材料储备能量；

所述能量转换设备在用电谷时工作，所述蓄能相变材料体在用电谷时储存能量，所述蓄能相变材料体在白天释放能量。

2.根据权利要求1所述的高效蓄能系统，其特征在于：所述蓄能装置还包括能量释放液体进口及能量释放液体出口；

所述能量释放液体出口通过第二外部出水管道连接有热变换器，所述热变换器将第二外部出水管道输送的液体进行能量消耗后通过第二外部进水管道传输至能量释放液体进口；经所述热变换器消耗能量后的液体进入所述蓄能装置，所述蓄能相变材料体向消耗能量后的液体传递能量。

3.根据权利要求1所述的高效储能系统，其特征在于：所述第一外部出水管道上设置有三通阀A，所述三通阀A的两个出口分别连接所述第一外部出水管道的后段以及第二外部出水管道；所述第一外部出水管道的后段连接有热变换器，所述热变换器将第一外部出水管道的后段输送来的液体进行能量消耗后通过第一外部进水管道传输至液体进口；

所述第一外部进水管道设置有三通阀B，所述三通阀B的两个出口分别连接所述液体进口以及第三外部出水管道；所述第三外部出水管道连接至所述第一外部出水管道的后段。

4.所述第二外部出水管道连接所述能量转换设备，所述能量转换设备将所述第二外部出水管道输送的液体进行加热或降温后通过第二外部进水管道连接至所述三通阀B的进口。根据权利要求3所述的高效蓄能系统，其特征在于：

当用电谷时，连接所述第一外部出水管道后段的三通阀A的出口关闭；所述蓄能装置内的液体通过所述液体出口进入所述三通阀A，并通过三通阀A进入所述第二外部出水管道；所述第二外部出水管道将液体输送至所述能量转换设备，所述能量转换设备将液体进行加热或降温处理后通过第二外部进水管道连接至所述三通阀B的进口；其中所述经处理的液体一部分通过三通阀B进入所述液体进口，所述经处理的另一部分液体通过所述第三外部出水管道后经所述第一外部出水管道的后段进入所述热变换器。

5.根据权利要求2～4任意一项所述的高效蓄能系统，其特征在于：所述蓄能装置为蓄热装置，所述蓄能相变材料体为蓄热相变材料体；所述能量转换设备为加热设备；所述蓄热相变材料体设置于所述蓄热装置的下部，所述蓄热装置内部的液体为水；经所述热变换器消耗能量后的水温度降低并进入所述蓄热装置，所述蓄热相变材料体向降温后的水传递热量加热，经加热后的水再次经过第二外部管道进入所述热变换器。

6.根据权利要求5所述的高效蓄能系统，其特征在于：设定所述蓄热装置内的所有蓄热相变材料体全部达到恒定后的温度为60～65℃，当所述蓄热相变材料体的温度达到60～65℃时，自所述加热设备加热后的水进入所述蓄热装置后不再向所述蓄热相变材料体加热，所述蓄热相变材料体达到恒温。

7.根据权利要求6所述的高效蓄能系统，其特征在于：所述热变换器连接城市供热系统或生活用水系统。

8.根据权利要求2～4任意一项所述的高效蓄能系统，其特征在于：所述蓄能装置为蓄冷装置，所述蓄能相变材料体为蓄冷相变材料体；所述能量转换设备为降温设备；所述蓄冷相变材料体设置于所述蓄冷装置的下部，所述蓄冷装置内部的液体为水；经所述热变换器消耗能量后的水温度升高并进入所述蓄冷装置，所述蓄冷相变材料体向升温后的水传递冷量降温，经降温后的水再次经过第二外部管道进入所述热变换器。

9.根据权利要求9所述的高效蓄能系统，其特征在于：所述蓄能系统包括多个蓄能装置，所述蓄能装置为罐体，多个罐体蓄能装置同时连接能量转换设备以及热变换器。

10.根据权利要求10所述的高效蓄能系统，其特征在于：所述液体进口设置在所述蓄能装置底部，所述液体出口设置在所述蓄能装置的上部。