CN110017717A - 一种能量转换与储存系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及能量转换与储存领域，尤其涉及一种能量转换与储存系统及其工作方法。本发明中一级压缩机与制冷器连接，膨胀机与制冷器连接，一级压缩机与一号膨胀机连接，二级压缩机与一级压缩机连接，冷却器与二级压缩机连接，冷却器与一号蒸发器连接，一号蒸发器与一号膨胀机连接，一号冷凝器与一号蒸发器连接，膨胀阀和冷媒压缩机分别通过两个管道与一号蒸发器和一号冷凝器连接，蓄热罐与一号冷凝器连接，一号冷凝器与冷却器连接，冷却器与蓄热罐连接，蓄热罐与二号蒸发器连接，二号蒸发器与蓄热罐连接，二号膨胀机与二号蒸发器连接，二号冷凝器与二号膨胀机连接，二号冷凝器与二号蒸发器连接，蓄冷罐与二号冷凝器连接，制冷器与蓄冷罐连接。

Description

一种能量转换与储存系统及其工作方法

技术领域

本发明涉及能量转换与储存领域，尤其涉及一种能量转换与储存系统及其工作方法。

背景技术

生产和生活中需要热能、电能、机械能等各种形式的能量。大多数情况下，用户对各种能量的需求和供能系统的额定输出能力之间总有一定差异，存在负荷的高峰和低谷，例如建筑物，夏季空调负荷在一天中是变化的，夜间和白天有较大差异，再如太阳能、风能等可再生能源，易受天气影响而时有时无；这样，就产生了储能的必要，出现了各种储能技术,获得了不同程度的应用。

目前虽然储能技术繁多，但均不同程度存在种种不足。如锂电池，需要储量有限比较稀缺的锂资源，目前成本较高，还达不到理想的储能密度，且有燃烧起火隐患；压缩空气储能，涉及到高压压力容器，大规模储能受到限制；抽水蓄能也受建设场地条件限制，等等。总之，目前还没有一种适应性广、技术经济性能理想的储能技术。有鉴于此，在申请号为201720420142.2的专利文献中公开了一种高效能量转换与储存系统。

发明内容

基于上述原因，本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理的能量转换与储存系统及其工作方法。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：该能量转换与储存系统，其结构特点在于：包括一级压缩机、二级压缩机、一号蒸发器、二号蒸发器、一号冷凝器、二号冷凝器、一号膨胀机、二号膨胀机、蓄热罐、蓄冷罐、膨胀阀、冷媒压缩机、冷却器和制冷器；所述一级压缩机与制冷器的上部连接，所述膨胀机与制冷器的中部连接，所述一级压缩机与一号膨胀机连接，所述二级压缩机与一级压缩机连接，所述冷却器的一端与二级压缩机连接，所述冷却器的另一端与一号蒸发器的一端连接，所述一号蒸发器的另一端与一号膨胀机连接，所述一号冷凝器与一号蒸发器连接，所述膨胀阀和冷媒压缩机分别通过两个管道与一号蒸发器和一号冷凝器连接，所述蓄热罐的下部与一号冷凝器的一端连接，所述一号冷凝器的另一端与冷却器连接，所述冷却器与蓄热罐的上部连接，所述蓄热罐的上部与二号蒸发器的一端连接，所述二号蒸发器的另一端与蓄热罐的下部连接，所述二号膨胀机与二号蒸发器连接，所述二号冷凝器的一端与二号膨胀机连接，所述二号冷凝器的另一端与二号蒸发器连接，所述蓄冷罐与二号冷凝器连接，所述制冷器与蓄冷罐连接。

进一步地，所述蓄热罐的下部与一号冷凝器的一端通过一号工质泵连接，所述蓄热罐的上部与二号蒸发器的一端通过二号工质泵连接，所述二号冷凝器的另一端与二号蒸发器通过三号工质泵连接，所述蓄冷罐的下部与二号冷凝器通过四号工质泵连接，所述蓄冷罐的上部与二号冷凝器连接，所述制冷器的下部与蓄冷罐的上部通过五号工质泵连接，所述制冷器的上部与蓄冷罐的下部的下部六号工质泵连接。

进一步地，所述一号冷凝器与一号蒸发器连接分别通过一号管道和二号管道连接，所述膨胀阀安装在一号管道上，所述冷媒压缩机安装在二号管道上。

进一步地，本发明的另一个技术目的在于提供一种能量转换与储存系统的工作方法。

一种能量转换与储存系统的工作方法，其特点在于：所述工作方法如下：

储能运行时，一号膨胀机出来的低温空气进入制冷器内与其中的溶液接触制取低温冷媒，换热后的空气进入由一号膨胀机驱动的一级压缩机压缩后，再进入二级压缩机压缩，压力、温度升高后，进入冷却器冷却，放出热量、温度降低后，进入一号蒸发器，被一号蒸发器的换热管内制冷剂进一步冷却后，再进入一号膨胀机做功，并驱动一级压缩机，膨胀后的空气压力、温度降低，进入制冷器内，与溶液接触、换热，使部分溶液结冰，储存冷能；制冷剂吸收空气显热后成为气态，被冷媒压缩机吸入，压缩成高温高压气体后，进入一号冷凝器冷凝成液体，放出热量、并加热来自蓄热罐的热媒，热媒受制冷剂冷凝放出的潜热，温度升高后，再进入气体冷却器，吸收高温高压空气的显热，温度进一步升高后进入蓄热罐的上部，储存热能；

释能运行时，热媒从蓄热罐的上部二号工质泵抽出，送入二号蒸发器加热低沸点工质，放出热量后，回到蓄热罐的下部；液态低沸点工质由三号工质泵送入二号蒸发器，吸收热媒热量后汽化成为高压气体，高压气体进入二号膨胀机膨胀做功，成为低温低压泛汽后，再进入二号冷凝器冷凝成液体，由三号工质泵加压后送入二号蒸发器；冷媒由蓄冷罐的下部抽出，送入二号冷凝器，吸收泛汽冷凝放出的潜热后，回到蓄冷罐的上部。

进一步地，一号冷凝器中的液体制冷剂经膨胀阀节流后压力降低，进入一号蒸发器蒸发吸热，成为气态后被一号膨胀机吸入。

相比现有技术，本发明具有以下优点：该能量转换与储存系统及其工作方法，利用空气、溶液为介质，安全，无毒、不可燃，同时避免了过高的系统压力，安全、环保。

附图说明

图1是本发明实施例的能量转换与储存系统的连接关系示意图。

图中：一级压缩机1、二级压缩机2、一号蒸发器3、二号蒸发器4、一号冷凝器5、二号冷凝器6、一号膨胀机7、二号膨胀机8、蓄热罐9、蓄冷罐10、膨胀阀11、冷媒压缩机12、冷却器13、制冷器14、一号工质泵15、二号工质泵16、三号工质泵17、四号工质泵18、五号工质泵19、六号工质泵20。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

实施例。

参见图1所示，须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。同时，本说明书中若用引用如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

本实施例中的能量转换与储存系统，包括一级压缩机1、二级压缩机2、一号蒸发器3、二号蒸发器4、一号冷凝器5、二号冷凝器6、一号膨胀机7、二号膨胀机8、蓄热罐9、蓄冷罐10、膨胀阀11、冷媒压缩机12、冷却器13和制冷器14；一级压缩机1与制冷器14的上部连接，膨胀机7与制冷器14的中部连接，一级压缩机1与一号膨胀机7连接，二级压缩机2与一级压缩机1连接，冷却器13的一端与二级压缩机2连接，冷却器13的另一端与一号蒸发器3的一端连接，一号蒸发器3的另一端与一号膨胀机7连接，一号冷凝器5与一号蒸发器3连接，膨胀阀11和冷媒压缩机12分别通过两个管道与一号蒸发器3和一号冷凝器5连接，通常情况下一号冷凝器5与一号蒸发器3连接分别通过一号管道和二号管道连接，膨胀阀11安装在一号管道上，冷媒压缩机12安装在二号管道上。

本实施例中的蓄热罐9的下部与一号冷凝器5的一端连接，一号冷凝器5的另一端与冷却器13连接，冷却器13与蓄热罐9的上部连接，蓄热罐9的上部与二号蒸发器4的一端连接，二号蒸发器4的另一端与蓄热罐9的下部连接，二号膨胀机8与二号蒸发器4连接，二号冷凝器6的一端与二号膨胀机8连接，二号冷凝器6的另一端与二号蒸发器4连接，蓄冷罐10与二号冷凝器6连接，制冷器14与蓄冷罐10连接。

本实施例中的蓄热罐9的下部与一号冷凝器5的一端通过一号工质泵15连接，蓄热罐9的上部与二号蒸发器4的一端通过二号工质泵16连接，二号冷凝器6的另一端与二号蒸发器4通过三号工质泵17连接，蓄冷罐10的下部与二号冷凝器6通过四号工质泵18连接，蓄冷罐10的上部与二号冷凝器6连接，制冷器14的下部与蓄冷罐10的上部通过五号工质泵19连接，制冷器14的上部与蓄冷罐10的下部的下部六号工质泵20连接。

本实施例中的能量转换与储存系统的工作方法，如下：

本实施例中的能量转换与储存系统在储能运行时，一号膨胀机7出来的低温空气进入制冷器14内与其中的溶液接触制取低温冷媒，换热后的空气进入由一号膨胀机7驱动的一级压缩机1压缩后，再进入二级压缩机2压缩，压力、温度升高后，进入冷却器13冷却，放出热量、温度降低后，进入一号蒸发器3，被一号蒸发器3的换热管内制冷剂进一步冷却后，再进入一号膨胀机7做功，并驱动一级压缩机1，膨胀后的空气压力、温度降低，进入制冷器14内，与溶液接触、换热，使部分溶液结冰，储存冷能；制冷剂吸收空气显热后成为气态，被冷媒压缩机12吸入，压缩成高温高压气体后，进入一号冷凝器5冷凝成液体，放出热量、并加热来自蓄热罐9的热媒，热媒受制冷剂冷凝放出的潜热，温度升高后，再进入气体冷却器13，吸收高温高压空气的显热，温度进一步升高后进入蓄热罐9的上部，储存热能；一号冷凝器5中的液体制冷剂经膨胀阀11节流后压力降低，进入一号蒸发器3蒸发吸热，成为气态后被一号膨胀机7吸入。

本实施例中的能量转换与储存系统在释能运行时，热媒从蓄热罐9的上部二号工质泵16抽出，送入二号蒸发器4加热低沸点工质，放出热量后，回到蓄热罐9的下部；液态低沸点工质由三号工质泵17送入二号蒸发器4，吸收热媒热量后汽化成为高压气体，高压气体进入二号膨胀机8膨胀做功，成为低温低压泛汽后，再进入二号冷凝器6冷凝成液体，由三号工质泵17加压后送入二号蒸发器4；冷媒由蓄冷罐10的下部抽出，送入二号冷凝器6，吸收泛汽冷凝放出的潜热后，回到蓄冷罐10的上部。

该能量转换与储存系统及其工作方法：利用空气压缩、膨胀过程的冷、热效应，将压缩后的高温高压空气的显热储存在蓄热罐里，同时利用热泵进一步冷却压缩空气，热泵制取的热能也在蓄热罐中储存；冷却后的高压空气在膨胀机中膨胀做功，温度压力降低后在制冰器内制冰蓄冷。释能过程中，利用低沸点工质的朗肯循环做功，输出动力。利用蓄热罐中的热媒加热低沸点工质，产生蒸汽驱动膨胀机做功，膨胀后的气体进入冷凝器，利用蓄冷罐中的冷媒冷却使之液化。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。凡依据本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种能量转换与储存系统，其特征在于：包括一级压缩机（1）、二级压缩机（2）、一号蒸发器（3）、二号蒸发器（4）、一号冷凝器（5）、二号冷凝器（6）、一号膨胀机（7）、二号膨胀机（8）、蓄热罐（9）、蓄冷罐（10）、膨胀阀（11）、冷媒压缩机（12）、冷却器（13）和制冷器（14）；所述一级压缩机（1）与制冷器（14）的上部连接，所述膨胀机（7）与制冷器（14）的中部连接，所述一级压缩机（1）与一号膨胀机（7）连接，所述二级压缩机（2）与一级压缩机（1）连接，所述冷却器（13）的一端与二级压缩机（2）连接，所述冷却器（13）的另一端与一号蒸发器（3）的一端连接，所述一号蒸发器（3）的另一端与一号膨胀机（7）连接，所述一号冷凝器（5）与一号蒸发器（3）连接，所述膨胀阀（11）和冷媒压缩机（12）分别通过两个管道与一号蒸发器（3）和一号冷凝器（5）连接，所述蓄热罐（9）的下部与一号冷凝器（5）的一端连接，所述一号冷凝器（5）的另一端与冷却器（13）连接，所述冷却器（13）与蓄热罐（9）的上部连接，所述蓄热罐（9）的上部与二号蒸发器（4）的一端连接，所述二号蒸发器（4）的另一端与蓄热罐（9）的下部连接，所述二号膨胀机（8）与二号蒸发器（4）连接，所述二号冷凝器（6）的一端与二号膨胀机（8）连接，所述二号冷凝器（6）的另一端与二号蒸发器（4）连接，所述蓄冷罐（10）与二号冷凝器（6）连接，所述制冷器（14）与蓄冷罐（10）连接。

2.根据权利要求1所述的能量转换与储存系统，其特征在于：所述蓄热罐（9）的下部与一号冷凝器（5）的一端通过一号工质泵（15）连接，所述蓄热罐（9）的上部与二号蒸发器（4）的一端通过二号工质泵（16）连接，所述二号冷凝器（6）的另一端与二号蒸发器（4）通过三号工质泵（17）连接，所述蓄冷罐（10）的下部与二号冷凝器（6）通过四号工质泵（18）连接，所述蓄冷罐（10）的上部与二号冷凝器（6）连接，所述制冷器（14）的下部与蓄冷罐（10）的上部通过五号工质泵（19）连接，所述制冷器（14）的上部与蓄冷罐（10）的下部的下部六号工质泵（20）连接。

3.根据权利要求1所述的能量转换与储存系统，其特征在于：所述一号冷凝器（5）与一号蒸发器（3）连接分别通过一号管道和二号管道连接，所述膨胀阀（11）安装在一号管道上，所述冷媒压缩机（12）安装在二号管道上。

4.一种如权利要求1-3中任意一项权利要求所述的能量转换与储存系统的工作方法，其特征在于：所述工作方法如下：

储能运行时，一号膨胀机（7）出来的低温空气进入制冷器（14）内与其中的溶液接触制取低温冷媒，换热后的空气进入由一号膨胀机（7）驱动的一级压缩机（1）压缩后，再进入二级压缩机（2）压缩，压力、温度升高后，进入冷却器（13）冷却，放出热量、温度降低后，进入一号蒸发器（3），被一号蒸发器（3）的换热管内制冷剂进一步冷却后，再进入一号膨胀机（7）做功，并驱动一级压缩机（1），膨胀后的空气压力、温度降低，进入制冷器（14）内，与溶液接触、换热，使部分溶液结冰，储存冷能；制冷剂吸收空气显热后成为气态，被冷媒压缩机（12）吸入，压缩成高温高压气体后，进入一号冷凝器（5）冷凝成液体，放出热量、并加热来自蓄热罐（9）的热媒，热媒受制冷剂冷凝放出的潜热，温度升高后，再进入气体冷却器（13），吸收高温高压空气的显热，温度进一步升高后进入蓄热罐（9）的上部，储存热能；

释能运行时，热媒从蓄热罐（9）的上部二号工质泵（16）抽出，送入二号蒸发器（4）加热低沸点工质，放出热量后，回到蓄热罐（9）的下部；液态低沸点工质由三号工质泵（17）送入二号蒸发器（4），吸收热媒热量后汽化成为高压气体，高压气体进入二号膨胀机（8）膨胀做功，成为低温低压泛汽后，再进入二号冷凝器（6）冷凝成液体，由三号工质泵（17）加压后送入二号蒸发器（4）；冷媒由蓄冷罐（10）的下部抽出，送入二号冷凝器（6），吸收泛汽冷凝放出的潜热后，回到蓄冷罐（10）的上部。

5.根据权利要求4所述的能量转换与储存系统的工作方法，其特征在于：一号冷凝器（5）中的液体制冷剂经膨胀阀（11）节流后压力降低，进入一号蒸发器（3）蒸发吸热，成为气态后被一号膨胀机（7）吸入。