CN110986400A - 具有双储液腔结构的地下储能系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及地下储能技术领域，更具体的说，是涉及一种具有双储液腔结构的地下储能系统，包括蓄能体、地埋储能腔、保温层和换热器；地埋储能腔安装在蓄能体的内部，地埋储能腔的第二腔体内安装有真空泵，真空泵通过第一气体管与伸缩气腔连通，第一气体管连接有第二气体管；第一腔体与第三腔体之间通过第三流体管连通，第一腔体的上部与第一流体管的下端连通，第一流体管的上端与换热器连接，换热器与第二流体管的一端连接，第二流体管的另一端进入第一腔体内部，第二流体管上设有第三电磁阀，旁路上设有变频工质泵。本发明第一腔体具有极高的体积换热系数，可实现高效换热和储能，而第三腔体可用于工质的储存以及储能过程中外层储液腔液量的调控。
Description
技术领域
本发明涉及地下储能技术领域，更具体的说，是涉及一种具有双储液腔结构的地下储能系统及其控制方法。
背景技术
近年来，地下储能系统因具有良好的储能技术经济效果和广泛应用前景而不断受到国内外的广泛关注。按照系统驱动方式(相变和水泵)和循环的换热介质(相变和非相变)不同，地下储能系统可划分为主动式和被动式两种。其中，主动式地下储能系统得到了广泛应用，包括：地下含水层储能(ATES)、埋管储能(BTES)、水箱储能(WTES)和砾石-水储能(GWES)等不同形式。尽管如此，主动式地下储能在实践过程中也暴露出诸多问题，例如：该系统全部依靠水泵驱动循环工质流经地下空间进行换热储能，因此驱动功耗较高、储能能效比(储能量与储能功耗之比)较低；同时，该系统中循环工质为非相变工质，地下换热储能过程以显热热交换方式完成，因此换热储能效率也较低、供给侧冷热源有效利用率低，并进一步增加了系统能耗，并造成储能能效比进一步下降。在此背景下，被动式地下储能系统概念逐渐出现。
被动式地下储能系统主要是利用相变工质的相变驱动完成储能过程，无需水泵驱动即可完成地下换热储能过程，因此系统的驱动功耗大幅降低、储能能效比大幅提升；同时由于采用潜热热交换方式完成地下储能换热过程，因此储能换热效率相比主动式系统也得到大幅提升。然而，当前被动式地下储能系统由于自身结构的限制和理论指导的缺乏，仍然存在诸多技术问题需要解决。
首先，由于自身结构的限制，被动式地下储能系统的“体积换热系数”(定义为相变工质体积与其对应的有效换热面积之比)极低，导致地下储能系统的换热储能效率和储能能效比也无法得到应有体现，削弱了被动式地下储能系统的技术优势。实际上，不论是在储冷还是储热过程中，被动式地下储能系统地下储能换热腔中的潜热热交换基本集中发生在腔体内壁面传热边界层及其毗邻区域，而腔体内部绝大部分空间由于不直接接触被加热或被冷却壁面且仅依靠通过导热和对流传递至此的热量进行换热，因此地下储能换热腔腔体内“无效”换热工质占比极高，整个系统的换热效率尤其是腔体内部换热效率极低。因此，地下储能换热腔结构设计和系统设计对于被动式地下储能系统的换热效率尤为关键，而被动式地下储能系统的高效换热储能也与供给侧冷热源的有效利用率、自身的储能效率以及储能能效比密不可分，较低的换热效率将大幅削减被动式地下储能系统的技术效果和优势。
另外，当前被动式地下储能系统无法进行储能“量”(即储能容量，主要指系统储存的能量大小)和“质”(即储能品质，主要是指系统储存能量的品位高低)等不同需求的调控。实际工程应用中，储能系统时常需要根据用户侧不同需求来调整储能系统的储能目标。然而，无论是主动式还是被动式地下储能系统，现有技术主要是通过增大供给侧的冷热源流量或者冷热源的品质来满足用户侧关于不同储能“量”和“质”的需求，导致所需储能目标下供给侧的花费和代价大幅上升，同时也进一步造成储能系统储能损失的增大。因此，目前主被动式地下储能系统(尤其是被动式地下储能系统)尚缺少在不改变供给侧给定条件下仅通过地下储能系统自身调控实现储能“量”和“质”等不同储能目标的技术手段。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种具有双储液腔结构的地下储能系统及其控制方法，大幅提升了系统的“体积换热系数”，同时实现了不同储能模式下对系统液量的动态调控，有效提升被动式地下储能系统的传热和储能效率以及应用推广价值。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是：一种具有双储液腔结构的地下储能系统，包括蓄能体、地埋储能腔、保温层和换热器；所述地埋储能腔安装在所述蓄能体的内部，所述保温层覆盖在所述蓄能体和地埋储能腔的上部；
所述地埋储能腔为多腔体结构，在径向上，由内外两层腔体构成，其中外层为第一腔体，而内层在轴向上进一步分为上下两层腔体，其中上层为第二腔体，下层为第三腔体；
所述第二腔体的内壁上设有支架，支架上安装有真空泵，所述真空泵通过第一气体管与位于所述第三腔体内的伸缩气腔连通，所述第一气体管上安装有第二电磁阀，所述第一气体管的侧部连接有第二气体管，第二气体管位于所述第二电磁阀的下方其上安装有第四电磁阀；
所述第一腔体与第三腔体之间通过第三流体管连通，且第三流体管上安装有第一电磁阀，所述第一腔体外侧壁面设有液位刻度和相应液位传感器，所述第一流体管道的一端与所述换热器的第一工质接口连接，另一端穿过保温层进入所述第一腔体内部，其管口端面位于所述第一腔体的上部并且高于第一液位传感器，所述换热器的第二工质接口与第二流体管的一端连接，所述第二流体管的另一端穿过保温层进入所述第一腔体内部，其管口下端浸入相变工质液面以下并低于第二液位传感器，所述第二流体管上设有第三电磁阀，且其旁通管路上并联设置有变频工质泵；
所述换热器中间位置处设置有第一温度传感器，第一腔体内侧壁面上部设置有第二温度传感器，下部设置有第三温度传感器；
所述第一腔体和第三腔体内充注有相变工质；
所述第一至第三温度传感器、第一至第四电磁阀、第一至第三液位传感器、变频工质泵以及真空泵分别通过信号线与控制器连接。
优选地，所述第一流体管上设有工质充注口。
优选地，所述第二流体管的管口下端连接有过滤器。
优选地，所述第一腔体内径与外径之比范围为0.75-0.95。
优选地，所述第二腔体与第三腔体体积之比范围为0.11-0.78。
一种具有双储液腔结构的地下储能系统的控制方法，其特征在于：该方法分为储冷模式、储热模式和运行过程中液量调控三种控制模式，其中：
储冷模式包括以下步骤：步骤一、通过控制器打开第一电磁阀和第四电磁阀，伸缩气腔迅速膨胀并将第三腔体内的工质迅速挤压进入第一腔体中，当液位达到设定的第一液位传感器处后，依次关闭第一电磁阀和第四电磁阀，同时打开第三电磁阀，完成储冷模式准备；
步骤二、第一腔体中相变工质蒸发为蒸汽并在第一腔体上部空间聚集，经过第一流体管进入换热器中；
步骤三、进入换热器中的蒸汽发生相变冷凝成为液态工质，并在重力的作用下经第二流体管回流至第一腔体中。
优选地，控制器实时通过第一温度传感器和第二温度传感器监测第一腔体中工质蒸发温度和换热器中工质冷凝温度之间的差值，二者之间的温差应保持在2.5℃-3.5℃；若监测值大于此值，应相应减小换热器冷流体回路水泵功率，减小换热器冷却能力；若监测值小于此值甚至接近于零，应相应提升换热器冷流体回路水泵功率，提升换热器冷却能力。
优选地，步骤一、通过控制器依次打开第一电磁阀和第三电磁阀，并启动真空泵，在真空泵的作用下，伸缩气腔迅速缩小，第一腔体中的工质在重力以及第二腔体和第三腔体之间压差的共同作用下经第三流体管回流至第三腔体中，当液位达到第二液位传感器处后，依次关闭第一电磁阀和第三电磁阀，并启动变频工质泵，完成储热模式准备；
步骤二、完成储热模式准备后，在变频工质泵的驱动下，第一腔体中的相变工质经第二流体管被快速泵送至换热器中，并在换热器进口通入热流体的加热作用下吸热相变蒸发成为蒸汽，产生的蒸汽在在相变力作用下经第一流体管进入第一腔体中，蒸汽可以快速传递至整个第一腔体中，并受到冷壁面的冷却在“受限空间”内发生迅速的相变冷凝成为液态工质，最终在重力作用下回流至第一腔体底部。
优选地，控制器实时通过第一温度传感器和第三温度传感器监测第一腔体中工质冷凝温度和换热器中蒸发温度之间的差值，二者之间的温差应保持在3.0℃左右，若监测值大于此值，应相应减小换热器热流体回路水泵功率，减小换热器加热能力；若监测值小于此值甚至接近于零，应相应提升换热器热流体回路水泵功率，提升换热器加热能力。
优选地，所述运行过程中液量调控模式分为两种情况，一种为若实际储冷模式进行过程中需要提升蓄冷品质，则本系统将进行系统液量调控并通过将冷量集中储存于蓄能体下部的方式实现进一步降低蓄能体温度的目标，此时控制器发出储冷液量控制指令，并依次打开第一电磁阀和第二电磁阀，并启动真空泵，伸缩气腔迅速缩小，第一腔体中的工质将在重力以及第二腔体和第三腔体之间压差的共同作用下经第三流体管回流至第三腔体中，当液位由第一液位传感器达到第三液位传感器处后，依次关闭第一电磁阀和第二电磁阀，并启动变频工质泵，完成储冷液量调控准备；另一种情况是，若实际储热模式进行过程中需要进一步提升蓄热品质，则本系统将进行系统液量调控并通过将热量集中储存在蓄能体上部的方式实现进一步提升蓄能体温度的目标，此时控制器发出储热液量控制指令，并依次打开第一电磁阀和第四电磁阀，在第二腔体和第三腔体之间压差的作用下，伸缩气腔迅速膨胀并将第三腔体内的工质迅速挤压进入第一腔体中，当液位由第二液位传感器达到第三液位传感器处后，依次关闭第一电磁阀和第四电磁阀，完成储热液量调控。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明具有双储液腔结构的地下储能系统的地下储能腔体采用了内外双储液腔设计，外层储液腔(第一腔体)具有极高的“体积换热系数”(可提升9.1-41倍)，可实现高效换热和储能，而内部储液腔(第三腔体)具有液量调控功能，可用于工质的储存以及储能过程中外层储液腔液量的调控。本发明在储热与储冷过程中，相变工质与蓄能体的换热集中发生在高体积换热系数空间(第一腔体)内，大幅提升了单位体积工质传输能量的能力，由此大幅降低了系统所需的工质充注体积(可减少56.75-90.25％)。此外，根据应用中需求侧需求(储能“量”或“质”)的不同，本发明在储能过程中可通过对外层储液腔工质液位进行动态调控，实现储能“量”和储能“质”等不同需求的智能切换，大幅提升了系统的应用推广价值。
附图说明
图1所示为本发明具有双储液腔结构的地下储能系统示意图；
图2所示为本发明具有双储液腔结构的地下储能系统储冷季运行原理图；
图3所示为本发明具有双储液腔结构的地下储能系统储热季运行原理图；
1.蓄能体；2.地埋储能腔；3.保温层；4.第一腔体；5.换热器；6.第一流体管；7.第二流体管；8.第二腔体；9.第三腔体；10.伸缩气腔；11.第一电磁阀；12.第二电磁阀；13.工质；14.真空泵；15.支架；16.过滤器；17.变频工质泵；18.第三电磁阀；19.控制器；20.换热器进口；21.换热器出口；22.第一气体管；23.第二气体管；24.第四电磁阀；25.第一温度传感器；26.第二温度传感器；27.第三温度传感器；28.第三流体管；29.工质充注口；A.第一液位传感器；B.第二液位传感器；C.第三液位传感器。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
本发明的具有双储液腔结构的地下储能系统示意图如图1所示，包括蓄能体1、地埋储能腔2、保温层3、换热器5、流体管路及相应数据监测与控制执行系统。所述蓄能体1上设有钻孔，地埋储能腔2安装于钻孔之中，所述蓄能体1和地埋储能腔2上部覆盖有保温层2。所述地埋储能腔2为多腔体结构，在径向上由内外两层腔体构成，其中外层为第一腔体4，而内层在轴向上进一步分为上下两层腔体，其中上层为第二腔体8，下层为第三腔体9。所述第二腔体8的内壁设有支架15，支架上安装有真空泵14，并通过第一气体管22与位于所述第三腔体9内的伸缩气腔10连通。所述第一气体管22主管路上设置有第二电磁阀12，第二电磁阀12下方第一气体管22上接有第二气体管23且安装有第四电磁阀24。所述第一腔体4与第三腔体9之间通过第三流体管28连通，且第三流体管28上安装有第一电磁阀11。所述第一腔体4外侧壁面自上向下依次设有第一液位传感器A、第二液位传感器B和第三液位传感器C。所述第一流体管6上设有工质充注口29，第一流体管6一端与所述换热器5的第一工质接口连接，另一端穿过所述保温层3进入所述第一腔体4内部，其管口端面位于所述第一腔体4的上部并且高于第一液位传感器A。所述第二流体管7一端与所述换热器5的第二工质接口连接，另一端穿过保温层3进入所述第一腔体4内部，其管口下端与所述过滤器16连接并浸入相变工质13液面以下且低于第二液位传感器B。所述第二流体管7主管路上设有第三电磁阀18，且其旁通管路上设置有变频工质泵17。所述第一腔体4和第三腔体9内充注有相变工质13。所述换热器5中间位置处设置有第一温度传感器25，第一腔体4内侧壁面上部设置有第二温度传感器26，下部设置有第三温度传感器27。上述温度传感器、电磁阀、液位传感器和变频水泵均通过信号线与所述控制器19连接。
所述第一腔体内径与外径之比范围为0.75-0.95，在条件允许情况下实际应用中应取较大值。
所述第二腔体与第三腔体体积之比范围为0.11-0.78，在条件允许情况下实际应用中应取较小值。
本发明的具有双储液腔结构的储能系统分为储冷模式、储热模式和运行过程中液量调控三种模式。
储冷模式：控制器19发出储冷模式准备指令，依次打开图2中第一电磁阀11和第四电磁阀24，其它电磁阀保持关闭。在第二腔体8和第三腔体9之间压差的作用下，伸缩气腔10迅速膨胀并将第三腔体9内的工质13迅速挤压进入第一腔体4中。当液位达到第一液位传感器A处后，依次关闭第一电磁阀11和第四电磁阀24，同时打开第三电磁阀18，完成储冷模式准备。
完成储冷模式准备后，由于第一腔体4空间狭小，第一腔体4中的所有相变工质13迅速受到外侧壁面处来自蓄能体1热量的加热作用。随后相变工质13在“受限空间”通过池沸腾相变换热方式吸热相变蒸发成为蒸汽，产生的蒸汽在第一腔体4的上部空间迅速聚集，并在相变力作用下经第一流体管6进入换热器5中。进入换热器5中的蒸汽在换热器进口20冷流体的冷却作用下发生相变冷凝成为液态工质，随后在重力的作用下经第二流体管7回流至第一腔体4中。上述过程中，控制器19实时通过第一温度传感器25和第二温度传感器26监测第一腔体4中工质蒸发温度和换热器5中工质冷凝温度之间的差值，二者之间的温差应保持在2.5℃-3.5℃。若监测值大于此值，则相变工质13已充分相变冷凝并由饱和液态工质进一步被冷却成为过冷液态工质，说明换热器5冷流体回路流量过大、冷却能力过剩，应相应减小换热器冷流体回路水泵功率，减小换热器冷却能力；若监测值小于此值甚至接近于零，则相变工质13并未充分相变冷凝成为饱和液态工质甚至仍是汽态相变工质或是气液两相混合状态，说明换热器5冷流体回路流量过小、冷却能力不足，应相应提升换热器冷流体回路水泵功率，提升换热器冷却能力。
储热模式：控制器19发出储热模式准备指令，依次打开图3中第一电磁阀11和第三电磁阀12，其它电磁阀保持关闭，并启动真空泵14。在真空泵14的作用下，伸缩气腔10迅速缩小，第一腔体4中的工质在重力以及第二腔体8和第三腔体9之间压差的共同作用下经第三流体管28回流至第三腔体9中。当液位达到第二液位传感器B处后，依次关闭第一电磁阀11和第三电磁阀24，并启动变频工质泵17，完成储热模式准备。
完成储热模式准备后，在变频工质泵17的驱动下，第一腔体4中的相变工质13经第二流体管7被快速泵送至换热器5中，并在换热器进口20通入热流体的加热作用下吸热相变蒸发成为蒸汽，产生的蒸汽在在相变力作用下经第一流体管6进入第一腔体4中。由于第一腔体4内外壁面空间狭小，蒸汽可以快速传递至整个第一腔体4中，并受到冷壁面的冷却在“受限空间”内发生迅速的相变冷凝成为液态工质，最终在重力作用下回流至第一腔体4底部。上述过程中，控制器19实时通过第一温度传感器25和第三温度传感器27监测第一腔体4中工质冷凝温度和换热器5中蒸发温度之间的差值，二者之间的温差应保持在2.5℃-3.5℃。若监测值大于此值，则被泵送至换热器5中的相变工质13已充分相变蒸发并由饱和汽态工质进一步被加热成为过热汽态工质，说明换热器5热流体回路流量过大、加热能力过剩，应相应减小换热器5热流体回路水泵功率，减小换热器加热能力；若监测值小于此值甚至接近于零，则相变工质13并未充分相变蒸发成为饱和汽态工质甚至仍是液态相变工质或是气液两相混合状态，说明换热器5热流体回路流量过小、加热能力不足，应相应提升换热器5热流体回路水泵功率，提升换热器加热能力。
在上述储冷和储热模式运行过程中，还可根据需求侧的需求变化启动液量调控功能。若实际储冷模式进行过程中需要提升蓄冷品质(即进一步降低蓄能体蓄能温度)，则本发明将进行系统液量调控并通过将冷量集中储存于蓄能体1下部的方式实现进一步降低蓄能体温度的目标。此时控制器19发出储冷液量控制指令，并依次打开图2中第一电磁阀11和第二电磁阀12，其它电磁阀保持关闭，并启动真空泵14。在真空泵14的作用下，伸缩气腔10迅速缩小，第一腔体4中的工质将在重力以及第二腔体8和第三腔体9之间压差的共同作用下经第三流体管28回流至第三腔体9中。当液位由第一液位传感器A达到第三液位传感器C或者进一步达到第二液位传感器B处后，依次关闭第一电磁阀11和第二电磁阀12，并启动变频工质泵17，完成储冷液量调控准备。类似的，若实际储热模式进行过程中需要进一步提升蓄热品质(即进一步提升蓄能体蓄能温度)，则本发明将进行系统液量调控并通过将热量集中储存在蓄能体1上部的方式实现进一步提升蓄能体温度的目标。此时控制器19发出储热液量控制指令，并依次打开图3中第一电磁阀11和第四电磁阀24，其它电磁阀保持关闭。在第二腔体8和第三腔体9之间压差的作用下，伸缩气腔10迅速膨胀并将第三腔体9内的工质13迅速挤压进入第一腔体4中。当液位由第二液位传感器B达到第三液位传感器C或者进一步达到第一液位传感器A处后，依次关闭第一电磁阀11和第四电磁阀24，完成储热液量调控。
本发明具有双储液腔结构的地下储能系统的地下储能腔体采用了内外双储液腔设计，外层储液腔(第一腔体4)具有极高的“体积换热系数”(可提升9.1-41倍)，可实现高效换热和储能，而内部储液腔(第三腔体)具有液量调控功能，可用于工质的储存以及储能过程中外层储液腔液量的调控。本发明在储热与储冷过程中，相变工质与蓄能体的换热集中发生在高体积换热系数空间(第一腔体)内，大幅提升了单位体积工质传输能量的能力，由此大幅降低了系统所需的工质充注体积(可减少56.75-90.25％)。此外，根据应用中需求侧需求(储能“量”或“质”)的不同，本发明在储能过程中可通过对外层储液腔工质液位进行动态调控，实现储能“量”和储能“质”等不同需求的智能切换，大幅提升了系统的应用推广价值。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种具有双储液腔结构的地下储能系统，包括蓄能体、地埋储能腔、保温层和换热器；所述地埋储能腔安装在所述蓄能体的内部，所述保温层覆盖在所述蓄能体和地埋储能腔的上部；其特征在于：
所述地埋储能腔为多腔体结构，在径向上，由内外两层腔体构成，其中外层为第一腔体，而内层在轴向上进一步分为上下两层腔体，其中上层为第二腔体，下层为第三腔体；
所述第二腔体的内壁上设有支架，支架上安装有真空泵，所述真空泵通过第一气体管与位于所述第三腔体内的伸缩气腔连通，所述第一气体管上安装有第二电磁阀，所述第一气体管的侧部连接有第二气体管，第二气体管位于所述第二电磁阀的下方其上安装有第四电磁阀；
所述第一腔体与第三腔体之间通过第三流体管连通，且第三流体管上安装有第一电磁阀，所述第一腔体外侧壁面自上向下分别设有第一至第三液位传感器，所述第一流体管道的一端与所述换热器的第一工质接口连接，另一端穿过保温层进入所述第一腔体内部，其管口端面位于所述第一腔体的上部并且高于第一液位传感器，所述换热器的第二工质接口与第二流体管的一端连接，所述第二流体管的另一端穿过保温层进入所述第一腔体内部，且其管口下端浸入相变工质液面以下并低于第二液位传感器，所述第二流体管上设有第三电磁阀，且其旁通管路上并联设置有变频工质泵；
所述换热器中间位置处设置有第一温度传感器，第一腔体内侧壁面上部设置有第二温度传感器，下部设置有第三温度传感器；
所述第一腔体和第三腔体内充注有相变工质；
所述第一至第三温度传感器、第一至第四电磁阀、第一至第三液位传感器、变频工质泵以及真空泵分别通过信号线与控制器连接。
2.根据权利要求1所述的具有双储液腔结构的地下储能系统，其特征在于：所述第一流体管上设有工质充注口。
3.根据权利要求1所述的具有双储液腔结构的地下储能系统，其特征在于：所述第二流体管的管口下端连接有过滤器。
4.根据权利要求1所述的具有双储液腔结构的地下储能系统，其特征在于：所述第一腔体内径与外径之比范围为0.75-0.95。
5.根据权利要求1所述的具有双储液腔结构的地下储能系统，其特征在于：所述第二腔体与第三腔体体积之比范围为0.11-0.78。
6.一种如权利要求1-5任意一项所述的具有双储液腔结构的地下储能系统的控制方法，其特征在于：该方法分为储冷模式、储热模式和运行过程中液量调控三种控制模式，其中：
储冷模式包括以下步骤：步骤一、通过控制器打开第一电磁阀和第四电磁阀，伸缩气腔迅速膨胀并将第三腔体内的工质迅速挤压进入第一腔体中，当液位达到设定的第一液位传感器处后，依次关闭第一电磁阀和第四电磁阀，同时打开第三电磁阀，完成储冷模式准备；
步骤二、第一腔体中相变工质蒸发为蒸汽并在第一腔体上部空间聚集，经过第一流体管进入换热器中；
步骤三、进入换热器中的蒸汽发生相变冷凝成为液态工质，并在重力的作用下经第二流体管回流至第一腔体中。
7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于：控制器实时通过第一温度传感器和第二温度传感器监测第一腔体中工质蒸发温度和换热器中工质冷凝温度之间的差值，二者之间的温差应保持在2.5℃-3.5℃；若监测值大于此值，应相应减小换热器冷流体回路水泵功率，减小换热器冷却能力；若监测值小于此值甚至接近于零，应相应提升换热器冷流体回路水泵功率，提升换热器冷却能力。
8.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于：所述储热模式包括以下步骤：步骤一、通过控制器依次打开第一电磁阀和第三电磁阀，并启动真空泵，在真空泵的作用下，伸缩气腔迅速缩小，第一腔体中的工质在重力以及第二腔体和第三腔体之间压差的共同作用下经第三流体管回流至第三腔体中，当液位达到第二液位传感器处后，依次关闭第一电磁阀和第三电磁阀，并启动变频工质泵，完成储热模式准备；
步骤二、完成储热模式准备后，在变频工质泵的驱动下，第一腔体中的相变工质经第二流体管被快速泵送至换热器中，并在换热器进口通入热流体的加热作用下吸热相变蒸发成为蒸汽，产生的蒸汽在在相变力作用下经第一流体管进入第一腔体中，蒸汽可以快速传递至整个第一腔体中，并受到冷壁面的冷却在“受限空间”内发生迅速的相变冷凝成为液态工质，最终在重力作用下回流至第一腔体底部。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于：控制器实时通过第一温度传感器和第三温度传感器监测第一腔体中工质冷凝温度和换热器中蒸发温度之间的差值，二者之间的温差应保持在2.5℃-3.5℃，若监测值大于此值，应相应减小换热器热流体回路水泵功率，减小换热器加热能力；若监测值小于此值甚至接近于零，应相应提升换热器热流体回路水泵功率，提升换热器加热能力。
10.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于：所述运行过程中液量调控模式分为两种情况，一种为若实际储冷模式进行过程中需要提升蓄冷品质，则本系统将进行系统液量调控并通过将冷量集中储存于蓄能体下部的方式实现进一步降低蓄能体温度的目标，此时控制器发出储冷液量控制指令，并依次打开第一电磁阀和第二电磁阀，并启动真空泵，伸缩气腔迅速缩小，第一腔体中的工质将在重力以及第二腔体和第三腔体之间压差的共同作用下经第三流体管回流至第三腔体中，当液位由第一液位传感器达到第三液位传感器处后，依次关闭第一电磁阀和第二电磁阀，并启动变频工质泵，完成储冷液量调控准备；另一种情况是，若实际储热模式进行过程中需要进一步提升蓄热品质，则本系统将进行系统液量调控并通过将热量集中储存在蓄能体上部的方式实现进一步提升蓄能体温度的目标，此时控制器发出储热液量控制指令，并依次打开第一电磁阀和第四电磁阀，在第二腔体和第三腔体之间压差的作用下，伸缩气腔迅速膨胀并将第三腔体内的工质迅速挤压进入第一腔体中，当液位由第二液位传感器达到第三液位传感器处后，依次关闭第一电磁阀和第四电磁阀，完成储热液量调控。
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|---|---|---|---|---|
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Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5372011A (en) * | 1993-08-30 | 1994-12-13 | Indoor Air Quality Engineering, Inc. | Air conditioning and heat pump system utilizing thermal storage |
| WO2006063532A1 (fr) * | 2004-12-17 | 2006-06-22 | Xuejun Yin | Dispositif a tube de chauffage exploitant l’energie froide et application dudit dispositif |
| CN201059674Y (zh) * | 2007-03-27 | 2008-05-14 | 陈定兴 | 电蓄能喷淋清底相变换热供热装置 |
| CN101509706A (zh) * | 2008-12-25 | 2009-08-19 | 吉林大学 | 道路集热地下蓄能双温差梯级流量控制方法 |
| CN106500161A (zh) * | 2016-10-20 | 2017-03-15 | 钟立朋 | 一种地热供热装置 |
| CN110542339A (zh) * | 2019-09-17 | 2019-12-06 | 安徽建筑大学 | 一种被动式跨季节供能蓄能系统 |
| CN211854504U (zh) * | 2019-12-13 | 2020-11-03 | 安徽建筑大学 | 具有双储液腔结构的地下储能系统 |
-
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Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5372011A (en) * | 1993-08-30 | 1994-12-13 | Indoor Air Quality Engineering, Inc. | Air conditioning and heat pump system utilizing thermal storage |
| WO2006063532A1 (fr) * | 2004-12-17 | 2006-06-22 | Xuejun Yin | Dispositif a tube de chauffage exploitant l’energie froide et application dudit dispositif |
| CN201059674Y (zh) * | 2007-03-27 | 2008-05-14 | 陈定兴 | 电蓄能喷淋清底相变换热供热装置 |
| CN101509706A (zh) * | 2008-12-25 | 2009-08-19 | 吉林大学 | 道路集热地下蓄能双温差梯级流量控制方法 |
| CN106500161A (zh) * | 2016-10-20 | 2017-03-15 | 钟立朋 | 一种地热供热装置 |
| CN110542339A (zh) * | 2019-09-17 | 2019-12-06 | 安徽建筑大学 | 一种被动式跨季节供能蓄能系统 |
| CN211854504U (zh) * | 2019-12-13 | 2020-11-03 | 安徽建筑大学 | 具有双储液腔结构的地下储能系统 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113340010A (zh) * | 2021-06-08 | 2021-09-03 | 合肥工业大学 | 一种真空与压力复合型地下水源热泵回灌装置 |
| CN113340010B (zh) * | 2021-06-08 | 2022-02-11 | 合肥工业大学 | 一种真空与压力复合型地下水源热泵回灌装置 |
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