CN110605953A

CN110605953A - 快速置换式储能模块

Info

Publication number: CN110605953A
Application number: CN201911091740.XA
Authority: CN
Inventors: 朱杰
Original assignee: NANJING KULANG ELECTRONIC CO Ltd
Current assignee: NANJING KULANG ELECTRONIC CO Ltd
Priority date: 2018-11-11
Filing date: 2019-11-10
Publication date: 2019-12-24
Anticipated expiration: 2039-11-10
Also published as: CN110605953B; CN109515110A

Abstract

本发明涉及一种快速置换式储能模块，包括储能模块壳体(1)、储能介质入口(2)、储能介质出口(3)、快速进气/排气结构(4)；其中，所述的快速进气/排气结构(4)包括风机(6)或空气压缩机(9)、通风管道(7)；并在储能模块壳体(1)的上部设置进气口(8a)或/和排气口(8b)；采用快速置换的技术方案、在储能模块中加入快速进气/排气结构，提高了储能模块的响应速度、降低了补充能量过程的等待时间；从而扩展了储能模块的应用范围。

Description

快速置换式储能模块

技术领域

本发明涉及一种快速置换式储能模块，采用快速置换的技术方案、在储能模块中加入快速进气/排气结构，提高了储能模块的响应速度、降低了补充能量过程的等待时间；从而扩展了储能模块的应用范围，属于制冷/制热的技术领域。

背景技术

大部分交通工具都有制冷或/和制热的需求，现有系统中通常采用空调、热泵或电加热等技术手段满足制冷或制热的需求，其缺点在于：

1、由于交通工具自身的空间局限性等因素，采用空调、热泵进行制冷或制热，应对恶劣气候条件时其能效比通常只有2左右或者更低，远低于固定式系统；

2、若使用交通工具所携带的能源进行制冷或制热，其能源成本远高于固定式系统；

若能够在交通工具中设置高性能的储能模块，则可以较好的解决现有问题。

另外，通常的暖通空调系统中，由换热介质通过管道在系统中循环往复输送冷/热量；由于换热介质的能量密度相对较低、因此输送能耗相对较高；如果在更接近末端的地方设置分布式储能模块，系统间歇式快速输送高能量密度的储能介质、储存在接近于末端的各个分布式储能模块中；再由分布式储能模块与末端连接，为末端提供冷/热量；这样就可以大幅度降低输配能耗。

对于储存和释放冷/热量的储能模块，其主要性能指标包括：

1、能量密度：能量密度越大，储能模块体积越小、重量越轻、使用越灵活；储能模块应尽量做到结构简单，减轻自重；

2、能量补充速度：能量补充速度越快，储能模块的适用范围越大；

3、与储能模块配套的冷/热源的稳定性和经济性：冷/热源的稳定性体现为抵抗外界干扰因素的能力；冷/热源的经济性体现为获得冷/热量的成本和难度的高低、以及储能介质本身的单位成本；

4、双向储能能力：储能模块既要能够用于储存冷量、也要能够用于储存热量，以适应制冷/制热的需求变化。

结合上述性能指标，具体可以采用以下的系统和方法：

首先，要采用固定式的集中制冷/制热系统，利用相对廉价的能源或相对更高效的技术手段进行制冷/制热、并通过高能量密度的储能介质进行储存备用；

然后，将已储存冷/热量的储能介质通过快速置换的方式输送到储能模块中，以满足各种应用需求。

现有储能模块的主体为封闭式容器，例如储能罐、储能箱等等、外部采取保温隔热措施。由于现有储能模块多采用封闭式结构，因此很难实现对其中的储能介质进行快速的置换操作；并且若采用置换模式则在置换过程中储能模块将处于非工作状态，因此置换过程的效率是储能模块的一个重要的性能指标、也是制约其应用拓展的瓶颈。现有技术方案中也极少有采用置换式的储能模块。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明的技术方案是在储能模块中加入快速进气/排气结构，使得在进行储能介质置换的过程中，储能模块中的空气可以自由进出、避免气流不畅导致储能介质输送过程受阻；将储能介质置换过程的时间控制在分钟级或秒级，使得制冷/制热系统及其载体可以保持连贯的工作状态，无须长时间中断运行过程。

具体方案如下：

快速置换式储能模块包括储能模块壳体、储能介质入口、储能介质出口、快速进气/排气结构；储能模块壳体内部空间用于储存储能介质；具体运行过程包括：

第一，制冷/制热过程：首先在储能模块壳体内设置已储存冷/热量的储能介质，由储能介质与应用系统进行直接或间接的热交换，再由应用系统释放冷/热量实现制冷/制热；

第二，快速排出过程：当储能模块壳体中存在已完成热交换的储能介质时，通过快速排出过程将其排出、为后续补充已储存冷/热量的储能介质做准备；具体过程是：

打开储能介质出口、并启动快速进气/排气结构的进气功能；将已完成热交换的储能介质通过储能介质出口快速排出，同时外部的空气通过快速进气/排气结构进入储能模块壳体之中、避免气流不畅导致储能介质排出受阻；排出过程完成之后，将储能介质出口关闭；

第三，快速填充过程：当储能模块壳体中的储能介质部分或全部排出之后，通过快速填充过程将外部的已储存冷/热量的储能介质快速输送到储能模块壳体之中；具体过程是：

打开储能介质入口、并启动快速进气/排气结构排气功能；将已储存冷/热量的储能介质通过储能介质入口快速输送到储能模块壳体之中，同时储能模块壳体内部的空气通过快速进气/排气结构排出、避免气流不畅导致储能介质输入受阻；填充过程完成之后，将储能介质入口关闭。

需要说明的是，储能模块中的储能介质与应用系统进行直接或间接的热交换的具体方式包括以下两种：第一，通过循环回路在储能模块与应用系统之间建立储能介质的循环输送管道、实现直接热交换；第二，在储能模块中设置热交换器，应用系统中的传热介质通过热交换器与储能介质进行热交换；上述两种方式，都是储能模块应用的常规技术手段，因此在附图中省略了对相关换热结构的描述。

进一步的，所述的快速置换式储能模块所采用的快速置换结构包括以下三种：

结构一：（参照附图1、2、3）

包括储能模块壳体、储能介质入口、储能介质出口、快速进气/排气结构；其中，所述的快速进气/排气结构是在储能模块壳体的上部设置可整体移动或部分移动的可移动式盖板；

当可移动式盖板处于关闭状态时，与储能模块壳体合并为一个封闭的整体；

当可移动式盖板处于打开状态时，在储能模块壳体的上部形成开放式窗口，此时外部空气可以自由进出；

具体运行过程是：

打开储能介质出口，并打开可移动式盖板、形成开放式气流通道、避免气流不畅导致储能介质排出受阻；此时，已完成热交换的储能介质从储能介质出口快速排出，同时外部的空气通过开放式气流通道进入储能模块壳体之中；快速排出过程完成之后，将储能介质出口关闭、并将可移动式盖板关闭；

打开储能介质入口、并打开可移动式盖板、形成开放式气流通道、避免气流不畅导致储能介质输入受阻；此时，已储存冷/热量的储能介质通过储能介质入口快速输送到储能模块壳体之中，同时储能模块壳体内部的空气通过开放式气流通道排出；快速填充过程完成之后，将储能介质入口关闭、并将可移动式盖板关闭。

结构二：（参照附图4、5、6）

包括储能模块壳体、储能介质入口、储能介质出口、快速进气/排气结构；其中，所述的快速进气/排气结构包括风机、通风管道；并在储能模块壳体的上部设置进气口或/和排气口；

具体运行过程是：

打开储能介质出口，已完成热交换的储能介质通过储能介质出口快速排出；同时，打开进气口、进气口通过通风管道与风机连接、风机运行送风模式，将外部的空气快速输送进入储能模块壳体之中、避免气流不畅导致储能介质排出受阻；快速排出过程完成之后，将储能介质出口关闭、并将风机和进气口关闭；

打开储能介质入口，已储存冷/热量的储能介质通过储能介质入口快速输送到储能模块壳体之中；同时，打开排气口、排气口通过通风管道与风机连接、风机运行排风模式，将储能模块壳体内的空气快速排出、避免气流不畅导致储能介质输入受阻；快速填充过程完成之后，将储能介质入口关闭、并将风机和排气口关闭。

结构三：（参照附图4、5、6）

包括储能模块壳体、储能介质入口、储能介质出口、快速进气/排气结构；其中，所述的快速进气/排气结构包括空气压缩机、通风管道；并在储能模块壳体的上部设置进气口或/和排气口；

具体运行过程是：

打开储能介质出口，已完成热交换的储能介质通过储能介质出口快速排出；同时，打开进气口、进气口通过通风管道与空气压缩机连接、空气压缩机运行加压模式，将外部的空气压缩后快速输送进入储能模块壳体之中、避免气流不畅导致储能介质排出受阻、并形成正压；快速排出过程完成之后，将储能介质出口关闭、并将空气压缩机和进气口关闭；

打开储能介质入口，已储存冷/热量的储能介质通过储能介质入口快速输送到储能模块壳体之中；同时，打开排气口、排气口通过通风管道与空气压缩机连接、空气压缩机运行抽气模式，将储能模块壳体内的空气快速排出、避免气流不畅导致储能介质输入受阻、并形成负压；快速填充过程完成之后，将储能介质入口关闭、并将空气压缩机和排气口关闭。

需要说明的是：上述结构二与结构三的不同之处在于，一个采用风机、另一个采用空气压缩机；其作用是基本相同的、即可以进行等效替换，都是为了实现短时间内对封闭空间快速注入或排空空气。

根据通常的制冷/制热需求，应用系统通常采用风机盘管末端、快速置换式储能模块与风机盘管末端之间通过换热器连接。制冷时应用系统的供/回水温度为7/12℃；制热时应用系统的供/回水温度为40/35℃；如何在制冷、制热两种模式下都保持较高的能量密度，对储能介质的选择提出了很高的要求。（参照附图12、13）

因此，进一步的，本发明所采用的储能介质为水，其中：

如附图12所示，在制冷模式下，用于储存冷量的储能介质为冰水混合物或冰（约0℃）、完成热交换后的储能介质为冰融化后形成的水（约2-5℃）。所述的冰水混合物以冰浆为最佳、便于输送；

制冷模式下，若采用1000Kg的冰水混合物（浓度50%）经过热交换能够释放的冷量约为：1000Kg×50%×0.334MJ/Kg=167MJ；

制冷模式下，若采用1000Kg的冰经过热交换能够释放的冷量为：

1000Kg×0.334MJ/Kg=334MJ；

如附图13所示，在制热模式下，用于储存热量的储能介质为高温热水（约95℃）、完成热交换后储能介质变为低温冷水（约45℃）；

制热模式下，若采用1000Kg（1m³）的高温热水经过热交换能够释放的热量约为：

1m³×(4.2MJ/(m³·K))×(95-45)K=210MJ。

由此可见，采用上述技术方案，在制冷和制热两种模式中，以水为储能介质时能量密度相对一致，可以较好的应对制冷、制热两种应用需求。但是，需要指出的是高浓度的冰水混合物或冰，在快速输送方面存在一定的挑战，这也是本发明的技术方案必须要解决的问题。

进一步的，采用缓冲池与快速置换式储能模块联合使用的结构，系统中包括缓冲池、快速输送管道和快速置换式储能模块；

首先，向缓冲池输送并暂时储存储能介质；由于置换操作并非连续执行，而在每次置换过程开始之前有一些准备时间，在此期间内，可以对缓冲池进行补充以完成准备工作；因此该过程在系统空闲时完成、或在有补充储能介质的需求时提前完成，所以该过程不需要严格控制输送速度，可以采用相对简单的结构；

在需要向快速置换式储能模块补充储能介质时，通过快速输送管道将缓冲池与快速置换式储能模块联接起来，再将缓冲池内的储能介质输送到快速置换式储能模块之中，完成之后断开快速输送管道与快速置换式储能模块之间的联接。

利用缓冲池，可以在系统空闲的时段完成介质预存的工作，从而简化储能介质置换的过程，提高运行效率。

本发明的优点是：

1、结构简单、自重轻、成本低；

2、可以兼顾制冷和制热两方面的应用需求；

3、置换速度快，通常设定为30-60秒完成置换，适用于更多的应用场景；

4、兼容性好，既便于输送液体、也便于输送固体或固液混合介质。

附图说明

附图1：本发明的快速置换式储能模块的结构图（结构一）；

附图2：本发明的快速置换式储能模块的快速排出过程示意图（对应附图1）；

附图3：本发明的快速置换式储能模块的快速填充过程示意图（对应附图1）；

附图4：本发明的快速置换式储能模块的结构图（结构二、结构三）；

附图5：本发明的快速置换式储能模块的快速排出过程示意图（对应附图4）；

附图6：本发明的快速置换式储能模块的快速填充过程示意图（对应附图4）；

附图7：本发明的快速置换式储能模块的结构图（结构二、结构三改进版）；

附图8：本发明的快速置换式储能模块的结构图（结构四）；

附图9：本发明的快速置换式储能模块的预先装载储能介质过程示意图（对应附图8）；

附图10：本发明的快速置换式储能模块的快速排出过程示意图（对应附图8）；

附图11：本发明的快速置换式储能模块的快速填充过程示意图（对应附图8）；

附图12：本发明的快速置换式储能模块与应用系统联接运行示意图（换热制冷模式）；

附图13：本发明的快速置换式储能模块与应用系统联接运行示意图（换热制热模式）；

附图14：本发明的快速置换式储能模块与应用系统联接运行示意图（热泵制冷模式）；

附图15：本发明的快速置换式储能模块与应用系统联接运行示意图（热泵制热模式）；

附图16：本发明的快速置换式储能模块的结构图（结构四改进版）；

其中：附图2、3、5、6、9、11、12中，箭头A方向代表储能介质的输送方向；箭头B方向代表储能模块或缓冲池中储能介质的增加或减少；箭头C方向代表空气的运动方向；

附图12、13、14、15中，104为风机盘管末端、105为热泵。

具体实施方式

实施例1：

以前文中所述的 “结构二”、“结构三”为基础，包括与快速置换式储能模块101配套使用的缓冲池103和快速输送管道102；

其中，快速输送管道102中可包含提供输送动力的机构、如水泵、冰桨泵、冰块输送装置等；缓冲池103中设有缓冲池入口103d和缓冲池出口103e；（参照附图7）

具体运行过程是：

首先，向缓冲池103输送并暂时储存储能介质；该过程可以预先完成，因此对输送速度没有很高的要求；

在需要向快速置换式储能模块101补充储能介质时，通过快速输送管道102将缓冲池103与快速置换式储能模块101联接起来，再将缓冲池103内的储能介质输送到快速置换式储能模块101之中，完成之后断开快速输送管道102与快速置换式储能模块101之间的联接。

并且，缓冲池103的重心位置高于快速置换式储能模块101的重心位置，使得缓冲池103中的储能介质主要依靠重力作用进行输送，从而实现快速输送。

进一步的，在利用重力作用进行输送时，还可以实现定量补给。即，在缓冲池103中设有存储量检测传感器103c，从而实现定量补给：

首先，获取缓冲池103所对应的快速置换式储能模块101的补给量参数；

然后，定量向缓冲池103中输入储能介质，由存储量检测传感器103c进行实时检测，当缓冲池103内的存储量达到补给量参数时，终止输送过程；

当缓冲池103对快速置换式储能模块101进行补给时，依靠重力作用将缓冲池103排空、并将缓冲池103内的储能介质一次性输送到快速置换式储能模块101之中。

其中，所述的存储量检测传感器103c为公知产品，可以是在缓冲池103的输入端设置的流量表、或是检测缓冲池103液位高度的液位检测传感器，或是对缓冲池103进行称重的传感器等等，附图7中所描述的存储量检测传感器103c即为对缓冲池103进行称重的传感器。

以下结合公交车的案例，介绍本实施例的快速置换式储能模块的应用。

首先，在公交车上设置车载的快速置换式储能模块101，在公交线路的起点、终点或重要节点的公交场站中设置补给系统。

系统及时跟踪公交车的运行状态，并由补给系统及时向缓冲池103输送并暂时储存储能介质；其中，快速输送管道102与缓冲池103为固定连接；

当公交车开始营运前，首先行驶到补给系统处，将快速输送管道102与快速置换式储能模块101联接起来，再将缓冲池103内的储能介质输送到快速置换式储能模块101之中，完成之后断开快速输送管道102与快速置换式储能模块101之间的联接；若采用以重力作用进行输送并实现定量补给，则可以提高补给的准确性和效率。

然后，公交车开始正常营运；运行过程中，以快速置换式储能模块101为来源释放冷/热量实现制冷/制热；通常快速置换式储能模块101中存储的冷/热量与公交车单程所需要的冷/热量相对应、并需要预留一定的余量；

当公交车结束单程运行进入公交场站后，行驶到补给系统处再次进行补给，然后继续开始营运，并依此循环。

采用上述结构，可以达到较高的效率和自动化程度、也更有利于输送固体或固液混合物，同时采用以重力输送为主的输送模式可进一步提高系统效率。

需要指出的是，对于此类移动式应用，快速置换式储能模块每次补充的能量是相对固定的、而运行过程中的消耗是变化的、且难以精确的预估，从而导致灵活性不足。因此，需要采取补充措施以提高系统的灵活性。具体解决方案是：

快速置换式储能模块101与热泵105配合使用，当储能介质通过热交换释放冷/热量之后，启动热泵105以储能介质为来源，继续制取冷/热量供给应用系统使用。

其中，快速置换式储能模块101与热泵105的输入端之间通过换热器连接；热泵105的输出端与风机盘管末端之间通过换热器连接。

参照附图14，在制冷模式下，完成热交换后的储能介质为冰融化后形成的水（约5℃），此时启动热泵，以快速置换式储能模块中的水（>5℃）为源进行制冷，最终储能模块中水温逐渐上升为35-40℃左右。

参照附图15，在制热模式下，完成热交换后储能介质变为低温冷水（约45℃），此时启动热泵，以快速置换式储能模块中的水（<45℃）为源进行制热，最终储能模块中水温逐渐下降为5-10℃左右。

上述措施做为补充措施可以额外提供30-50%的制冷量/制热量、并可以灵活控制；从而提高快速置换式储能模块的利用率和灵活性。

实施例2：

以下结合纯电动乘用车的案例，介绍本实施例的快速置换式储能模块的应用。

对于纯电动乘用车，在极端气候条件下、整车热管理的能耗较高，续航里程大幅缩水，一直是困扰车辆设计的大问题。因此，采用车载的快速置换式储能模块，可以较好的承担整车热管理的峰值负荷，维持车辆续航里程的稳定。

由于纯电动乘用车的内部结构紧凑、不适合在其中采用开放式结构；同时该应用场景对自动化程度要求相对较低。因此可结合前文中所述的“结构二”、“结构三”，并结合封闭式空气回路的设计，实现平稳、高效的介质置换。并通过固定式小型补给站或者移动式补给设施等手段进行储能介质的置换。在固定式小型补给站或者移动式补给设施中需要预先制备或储备已储存冷/热量的储能介质。

具体的：快速置换式储能模块101包括储能模块壳体1、储能介质入口2、储能介质出口3；在储能模块壳体1的上部设置进气口8a或/和排气口8b；还包括与快速置换式储能模块101配套使用的缓冲池103和快速输送管道102，并通过通风管道7在缓冲池103与快速置换式储能模块101之间建立封闭式空气回路；（参照附图8）

其中，所述的缓冲池按用途区分为预存储能介质的缓冲池和接收储能模块排出的储能介质的缓冲池；

在缓冲池103的上部设置缓冲池进气口103a或/和缓冲池排气口103b；缓冲池103中设有缓冲池入口103d和缓冲池出口103e；对应本实施例，缓冲池103设置在固定式小型补给站或者移动式补给设施之中。

具体运行过程是：

第一，制冷/制热过程：首先在储能模块壳体1内设置已储存冷/热量的储能介质，由储能介质与应用系统进行直接或间接的热交换，再由应用系统释放冷/热量实现制冷/制热；

对应本实施例，车辆在正常行驶过程中，由车载的快速置换式储能模块101作为冷/热源进行制冷/制热；

第二，快速排出过程：当储能模块壳体1中存在已完成热交换的储能介质时，通过快速排出过程将其排出、为后续补充已储存冷/热量的储能介质做准备；具体过程是：

预先向缓冲池103输送并暂时储存储能介质；此时对应的缓冲池103的用途为接收储能模块排出的储能介质；此时缓冲池103与快速置换式储能模块101为不互相连接的状态（参照附图9）；

然后，由缓冲池103→缓冲池出气口103b→通风管道7→进气口8a→快速置换式储能模块101，连接形成封闭式空气回路；同时、由快速置换式储能模块101→储能介质出口3→快速输送管道102→缓冲池入口103d→缓冲池103，形成储能介质输出通道；当储能介质通过储能介质输出通道排出快速置换式储能模块101的同时，缓冲池103中的空气通过通风管道7转移输入到快速置换式储能模块101之中，从而维持输送过程的平稳性；此时对应的缓冲池103的用途为接收储能模块排出的储能介质。（参照附图10）

对应本实施例，当车辆需要进行补给时，将车辆驶入固定式小型补给站或者将移动式补给设施行驶到待补给车辆的附近；然后，将固定式小型补给站或者移动式补给设施中的用于接收储能模块排出的储能介质的缓冲池103与车载的快速置换式储能模块101相连接，并运行快速排出过程、完成之后断开连接；

第三，快速填充过程：当储能模块壳体1中的储能介质部分或全部排出之后，通过快速填充过程将外部的已储存冷/热量的储能介质快速输送到储能模块壳体1之中；具体过程是：

由快速置换式储能模块101→排气口8b→通风管道7→缓冲池进气口103a→缓冲池103，连接形成封闭式空气回路；同时、由缓冲池103→缓冲池出口103e→快速输送管道102→储能介质入口2→快速置换式储能模块101，形成储能介质输入通道；当储能介质通过储能介质输入通道进入快速置换式储能模块101的同时，快速置换式储能模块101中的空气通过通风管道7转移输入到缓冲池103之中，从而维持输送过程的平稳性，此时对应的缓冲池103的用途为预存储能介质。（参照附图11）

对应本实施例，当车辆需要进行补给、并完成快速排出过程后，将固定式小型补给站或者移动式补给设施中的用于预存储能介质的缓冲池103与车载的快速置换式储能模块101相连接，并运行快速填充过程、完成补给之后断开连接；此时车辆可以继续正常行驶。

需要说明的是，在本实施例中利用封闭式空气回路来实现在置换过程中内部空气的快速流动，其原理是利用储能模块101与缓冲池103之间的联动关系，置换过程中储能模块101中增加或减少的空气量与缓冲池103减少或增加的空气量的对等的，因此空气通过封闭式空气回路流动的阻力较小。

进一步的，在所述的封闭式空气回路中设置空气压缩机9或风机6，即在快速输送管道102中安装空气压缩机9或风机6，用于促进封闭式空气回路中的空气流动；（参照附图16）

当采用空气压缩机9时，不仅可以促进空气的流动，还可以在空气输出端制造较大的负压、同时在空气输入端制造较大的正压，提高储能介质的输送能力和输送效率。

尤其在制冷模式下，当储能介质为冰或高浓度的冰水混合物、且为非满负荷运行条件下，会出现快速置换式储能模块中的冰没有完全融化为水的情况。此时，快速置换式储能模块中未融化的冰呈现不规则的分布状态、并会对储能介质的输入或排出造成阻碍。而通过空气压缩机在空气输入端制造正压，可以促进储能介质的输入或排出过程的顺利进行。

当然，本发明创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims

1.快速置换式储能模块，包括储能模块壳体(1)、储能介质入口(2)、储能介质出口(3)、快速进气/排气结构(4)；其中，所述的快速进气/排气结构(4)包括风机(6)、通风管道(7)；并在储能模块壳体(1)的上部设置进气口(8a)或/和排气口(8b)；

具体运行过程是：

第一，制冷/制热过程：首先在储能模块壳体(1)内设置已储存冷/热量的储能介质，由储能介质与应用系统进行直接或间接的热交换，再由应用系统释放冷/热量实现制冷/制热；

第二，快速排出过程：当储能模块壳体(1)中存在已完成热交换的储能介质时，通过快速排出过程将其排出、为后续补充已储存冷/热量的储能介质做准备；具体过程是：

打开储能介质出口(3)，已完成热交换的储能介质通过储能介质出口(3)快速排出；同时，打开进气口(8a)、进气口(8a)通过通风管道(7)与风机(6)连接、风机(6)运行送风模式，将外部的空气快速输送进入储能模块壳体(1)之中、避免气流不畅导致储能介质排出受阻；快速排出过程完成之后，将储能介质出口(3)关闭、并将风机(6)和进气口(8a)关闭；

第三，快速填充过程：当储能模块壳体(1)中的储能介质部分或全部排出之后，通过快速填充过程将外部的已储存冷/热量的储能介质快速输送到储能模块壳体(1)之中；具体过程是：

打开储能介质入口(2)，已储存冷/热量的储能介质通过储能介质入口(2)快速输送到储能模块壳体(1)之中；同时，打开排气口(8b)、排气口(8b)通过通风管道(7)与风机(6)连接、风机(6)运行排风模式，将储能模块壳体(1)内的空气快速排出、避免气流不畅导致储能介质输入受阻；快速填充过程完成之后，将储能介质入口(2)关闭、并将风机(6)和排气口(8b)关闭。

2.快速置换式储能模块，包括储能模块壳体(1)、储能介质入口(2)、储能介质出口(3)、快速进气/排气结构(4)；其中，所述的快速进气/排气结构(4)包括空气压缩机(9)、通风管道(7)；并在储能模块壳体(1)的上部设置进气口(8a)或/和排气口(8b)；

具体运行过程是：

打开储能介质出口(3)，已完成热交换的储能介质通过储能介质出口(3)快速排出；同时，打开进气口(8a)、进气口(8a)通过通风管道(7)与空气压缩机(9)连接、空气压缩机(9)运行加压模式，将外部的空气压缩后快速输送进入储能模块壳体(1)之中、避免气流不畅导致储能介质排出受阻、并形成正压；快速排出过程完成之后，将储能介质出口(3)关闭、并将空气压缩机(9)和进气口(8a)关闭；

打开储能介质入口(2)，已储存冷/热量的储能介质通过储能介质入口(2)快速输送到储能模块壳体(1)之中；同时，打开排气口(8b)、排气口(8b)通过通风管道(7)与空气压缩机(9)连接、空气压缩机(9)运行抽气模式，将储能模块壳体(1)内的空气快速排出、避免气流不畅导致储能介质输入受阻、并形成负压；快速填充过程完成之后，将储能介质入口(2)关闭、并将空气压缩机(9)和排气口(8b)关闭。

3.根据权利要求1或2所述的快速置换式储能模块，其特征在于：还包括与快速置换式储能模块(101)配套使用的缓冲池(103)和快速输送管道(102)；具体运行过程是：

首先，向缓冲池(103)输送并暂时储存储能介质；

在需要向快速置换式储能模块(101)补充储能介质时，通过快速输送管道(102)将缓冲池(103)与快速置换式储能模块(101)联接起来，再将缓冲池(103)内的储能介质输送到快速置换式储能模块(101)之中，完成之后断开快速输送管道(102)与快速置换式储能模块(101)之间的联接；

并且，缓冲池(103)的重心位置高于快速置换式储能模块(101)的重心位置，使得缓冲池(103)中的储能介质主要依靠重力作用进行输送，从而实现快速输送；

进一步的，缓冲池(103)中设有存储量检测传感器(103c)，从而实现定量补给：

首先，获取缓冲池(103)所对应的快速置换式储能模块(101)的补给量参数；

然后，定量向缓冲池(103)中输入储能介质，由存储量检测传感器(103c)进行实时检测，当缓冲池(103)内的存储量达到补给量参数时，终止输送过程；

当缓冲池(103)对快速置换式储能模块(101)进行补给时，依靠重力作用将缓冲池(103)排空、并将缓冲池(103)内的储能介质一次性输送到快速置换式储能模块(101)之中。

4.快速置换式储能模块，其特征在于：包括储能模块壳体(1)、储能介质入口(2)、储能介质出口(3)；在储能模块壳体(1)的上部设置进气口(8a)或/和排气口(8b)；还包括与快速置换式储能模块(101)配套使用的缓冲池(103)和快速输送管道(102)，并通过通风管道(7)在缓冲池(103)与快速置换式储能模块(101)之间建立封闭式空气回路；

其中，所述的缓冲池(103)按用途区分为预存储能介质的缓冲池和接收储能模块排出的储能介质的缓冲池；

在缓冲池(103)的上部设置缓冲池进气口(103a)或/和缓冲池排气口(103b)；缓冲池(103)中设有缓冲池入口(103d)和缓冲池出口(103e)；

具体运行过程是：

由缓冲池(103)→缓冲池出气口(103b)→通风管道(7)→进气口(8a)→快速置换式储能模块(101)，连接形成封闭式空气回路；同时、由快速置换式储能模块(101)→储能介质出口(3)→快速输送管道(102)→缓冲池入口(103d)→缓冲池(103)，形成储能介质输出通道；当储能介质通过储能介质输出通道排出快速置换式储能模块(101)的同时，缓冲池(103)中的空气通过通风管道(7)转移输入到快速置换式储能模块(101)之中，从而维持输送过程的平稳性；此时对应的缓冲池(103)的用途为接收储能模块排出的储能介质；

预先向缓冲池(103)输送并暂时储存储能介质；此时对应的缓冲池(103)的用途为预存储能介质；

然后，由快速置换式储能模块(101)→排气口(8b)→通风管道(7)→缓冲池进气口(103a)→缓冲池(103)，连接形成封闭式空气回路；同时、由缓冲池(103)→缓冲池出口(103e)→快速输送管道(102)→储能介质入口(2)→快速置换式储能模块(101)，形成储能介质输入通道；当储能介质通过储能介质输入通道进入快速置换式储能模块(101)的同时，快速置换式储能模块(101)中的空气通过通风管道(7)转移输入到缓冲池(103)之中，从而维持输送过程的平稳性，此时对应的缓冲池(103)的用途为预存储能介质。

5.根据权利要求4所述的快速置换式储能模块，其特征在于：在所述的封闭式空气回路中设置空气压缩机(9)或风机(6)，即在快速输送管道(102)中安装空气压缩机(9)或风机(6)，用于促进封闭式空气回路中的空气流动；

当采用空气压缩机(9)时，不仅可以促进空气的流动，还可以在空气输出端制造负压、同时在空气输入端制造正压，提高储能介质的输送能力和输送效率。

6.根据权利要求1或2或4所述的快速置换式储能模块，其特征在于：所述的储能介质为水，其中：

在制热模式下，用于储存热量的储能介质为高温热水、完成热交换后储能介质为低温冷水；

在制冷模式下，用于储存冷量的储能介质为冰水混合物或冰、完成热交换后的储能介质为冰融化后形成的水。

7.根据权利要求1或2或4所述的快速置换式储能模块，其特征在于：快速置换式储能模块(101)与热泵(105)配合使用，当储能介质通过热交换释放冷/热量之后，启动热泵(105)以储能介质为来源，继续制取冷/热量供给应用系统使用。