CN113803883A - 能量储存系统 - Google Patents

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安德鲁·约翰·比塞尔
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Abstract

本发明提供了一种与热水器(20)一起使用的能量储存系统(10)。能量储存系统(10)包括多个热能储存库(101、102、103、104)。每个热能储存库(101、102、103、104)包括具有特定相变温度的相变材料。能量储存系统(10)还包括汲取装置(105；115)，用于从热水器(20)回收废能。汲取装置(105、115)用于从热水器(20)汲取废能并将该能量供应至至少一个热能储存库(101、102、103、104)。设置控制器(106)，用于响应热水器(20)的运行，激活该汲取设备(105、115)。

Description

能量储存系统
分案申请
本发明是申请号为201480034654.4的发明专利申请的分案申请。原申请的申请日为2014年6月18日，优先权日为2013年6月18日，申请号为201480034654.4，发明名称为“能量储存系统”。
技术领域
本发明涉及一种能量储存系统。更具体地，本发明涉及与热水器，例如家用热水器，一起使用的热储存系统。
背景技术
储存器组合或多用途热水器将中央加热和家用热水(DHW)结合在一套设备中。
储存型设备包括内部储水器，其通常具有大约42至54升的储存容量。这相当于该设备每次可大约平均蓄能2.70kWh。在下表中，列出这种存储器组合热水器的例子及其主要特性：
Figure BDA0003237064090000011
Figure BDA0003237064090000021
上述表格所定义的热水流速是基于35开氏度的温升，即45摄氏度的标称热水流温度。
这种设备的流速范围为14.0至17.5升/分钟。
这种组合热水器内的热水存储器主要用于提高设备使用中的效率，并且用于提升用户使用组合热水器时的满意度。这是能够实现的，因为通过减少热水器的循环，并且使其在高功率、甚至小出水量时启动，来减少能量损耗。因为传统的组合热水器产生温度高于40℃的水，大约需要15秒的延迟，而这种热水器由热水存储器即时性供应热水，因此水和能量的损耗会减少。传统的组合热水器不包括储水器设备，而是在水流经热水器时对其进行加热。在某些情况下，传统的组合热水器包括保温设备，以提供即时热水，但众所周知，这种装置每年浪费高达900kWh的热能。
组合热水器具有许多移动部件，这会导致发生故障，而且这也可以认为是比某些热水器，例如系统热水器、单加热功能热水器等更不可靠，这些热水器一般与储存箱相连。
因此，需要提供一种基于改进热水器的加热系统。
也需要提供一种改进的能量储存系统，这为用于热水器的传统储存装置提供了改进的替代选择。
发明内容
本发明的第一方面提供了一种用于热水器的能量储存系统，该能量储存系统包括：
多个热能储存库，其中每个热能储存库包括具有预设相变温度的相变材料；
汲取设备，用于回收热水器的废能，其中该汲取设备用于从热水器汲取废能，并将该能量供应至至少一个热能储存库；以及
控制器，在使用中设置为用于响应热水器的运行，激活该汲取设备。
本发明实施例的系统可储存能量，以利用具有合适相变温度的相变材料加热相对小体积的水。
对于所有库，相变温度可以相同。或者，至少一个库可以以低于其他库的相变温度来运行。
每个热能储存库可通过热能转移连接件连接至一个或多个相邻的热能储存库。
汲取设备可包括泵。该泵可包括饮用水迷你泵。或者，该泵可包括微型热泵。
该泵可用于从热水器运行期间产生的废气回收废热。控制器可响应热水器点火，例如根据对热水的需要，激活泵。
能量储存系统可从热水器，特别是从热水器中的无效热能中回收热，该低效率热能可以是，例如，其所排出废气的废热，以及在点火周期的尾段热水器泵过度运行期间热水器换热器组件的废热。本发明提供了用于有效的废气回收装置和点火周期尾段的热量回收装置，这些装置可与热水存储器集成到一起。因此，比起现有技术，本发明实施例的设备将会增加回收的能量。
系统可包括冷水入口。冷水可以是主供应源。
系统可包括恒温混合阀，其中该混合阀可混合主供给冷水和由能量储存系统加热的水，以控制饮用热水的出口温度。恒温混合阀可用于调节出口水温大约为47℃。
本发明实施例能量储存设备的流速可以至少是15.5升/分钟。
相变材料的相变温度可为大约58℃。相变材料的相变温度范围可为50至55℃。
至少一个库可包括相变材料，相变材料的相变温度为大约28℃。使用28℃的低温相变材料好处在于，热回收回路可在更长时间内保持在较低温度，并由此增加回收的能量。
本发明实施例的能量储存系统可减少热水器的循环。对于在家用设置中，多数热水的排放，例如洗手，是短期的，并由此造成能量极度无效使用，本发明是非常有价值的。
本发明的第二方面提供了结合第一方面的能量储存系统的热水器。
与本发明的能量储存系统一起使用的合适的热水器可以是系统热水器。或者，与能量储存系统一起使用的合适的热水器可以是组合热水器，其中根据第一方面的该能量储存系统设置在热水器外部。合适的热水器可以是，例如但不限于燃气热水器。
合适的热水器与本发明外部能量储存系统的结合可提供一种比得上存储器组合热水器的系统，而且在研发和认证成本上更节省。
与系统热水器一起使用的能量储存系统比已知的系统热水器更具优势，因为不再需要一般位于烘柜或类似物内的存储器缸体。因此，减小了储水器所需的空间。
在组合热水器外部与其联合使用的能量储存系统比已知的组合热水器更具优势，因为外部能量储存系统基本消除了按需产生热水的延迟。另外，在组合热水器外部与其联合使用的能量储存系统降低了储存容器的要求，还减少了热水器设备内会导致发生故障的运行部件数量。
能量储存系统内的饮用水容量可大大地少于15升。这样，该设备不需要安全设备和测试，该安全设备及测试用装置一般与密封的储存容器(40-80L)相连，该储存容器用于组合热水器中。
传统的存储器组合热水器，一般需要将所储存的饮用水进行巴氏消毒，因为容器内所储存的水体积超过预定水平，进行巴氏消毒增加了水的停留时间。就此，通过减少系统内饮用水并将其保持在大约10升的最高水平，并且按需立即加热，这样水就不需要巴氏消毒，例如加热至高于60℃，以防止军团菌。
与传统的系统热水器装置以及存储器组合热水器相比，具有能量储存系统的系统热水器提升了热水器效率。普通热水器回路温度一般会较低。
系统热水器与本发明能量储存系统的结合减少了水和能量的损耗，因为能量储存系统可以从存储器立即提供热水。
附图说明
下文仅以实例形式，参照下列附图描述本发明实施例，其中：
图1示出了本发明实施例的包括能量储存系统的存储器热水器装置的示意图；
图2示出了本发明实施例的包括能量储存系统的存储器热水器装置的示意图；以及
图3示出了本发明实施的能量储存系统适用位置的示意图。
具体实施方式
图1提供的是本发明实施例的能量储存系统10与系统热水器20结合的图示，这实际上可视为具有外部存储器容量的组合热水器100。
能量储存系统10包括一系列或一些库101、102、103、104，这些库用于采集并存储通常与废气一起排放的热能。能量储存系统10从位于热水器20与废气道202之间的换热器201回收热量。
每个库101、102、103、104含有相变材料。第一库为废热回收蓄能器并含有熔融点为28℃的相变材料，并且其储存的能量可为大约1.5kWh。
其他库102、103、104各自含有熔融点为58℃的相变材料，并且其储存的能量可为3.0至10.0kWh。
在图1所示实施例中，设置泵105用于从废气换热器201将废热传递到废热回收库101。当需要热水时，例如开启水龙头时，热水器20会被点着，操作控制器106以激活泵105。来自排气/废气的热能由此可回收。
图2是与图1所示装置类似的热水器20与能量储存系统10装置的图示。因此，使用相同的参照标号。图1和图2所示结构之间的区别在于，图2所示废气换热器201与废热回收库101之间的废热回收回路中的是微型热泵115。比起图1所示的饮用水迷你泵105，水-水微型热泵115一般会从热水器废气202汲取更多能量。另外，微型泵115能够储存所汲取的高温热能，这热能温度高于图1迷你泵105中储存的热能温度。
在所示实例中，热水器20为传统的系统热水器，其与能量储存系统10集合，省略了热水储存箱。
系统热水器20与能量储存系统10的结合提供了这样的加热系统，其能够比作为对比的存储器组合热水器更有效地运行。
热水器20为典型系统热水器，在此其并不构成本发明的重点。下文描述与能量储存系统相连的热水器20的主要部件。将能理解的是，其他热水器类型能够与本发明实施例的系统一起使用，其他热水器类型包括例如燃气热水器或燃油热水器。
在图1和图2中，热水器20包括水区207。当打开热水龙头时，热水器20一般会响应需求并点火，热水通过处于水区207中的三通阀供应至水龙头。在所示实例中，水区207的输出流量流过能量储存系统10。因此，由于从废气201回收热量，并由能量储存系统10用来加热能量储存系统10中储存的水，由此降低了对热水器20的需求。就此，当对热水有需求时，水龙头一打开，本发明实施例的系统立即供应热水。
热排气/废气来自燃烧室208内的燃气，其热量被热水器的气-水换热器汲取之后热排气/废气一般通过热水器废气道202排放到大气。在所示实例中，换热器201位于燃烧室208与热水器废气道202之间，并与能量储存系统10一起发挥作用，以从排气回收热量，下文作进一步描述。
废气一般具有腐蚀性，尤其是在露点温度以下时，因此不锈钢制造的气-水换热器201可能是最合适的，换热器201用于废热回收回路。为使得该改进结构简单、使用灵活且具有成本效益，利用泵送回路来将热量从换热器201传递至废热回收库101。
包括热水器20和能量储存系统10的系统100，其包括热水出口209、主冷水供给210、冷凝管211、中央加热热水流量输出212、以及中央加热回流管213。
在本发明实施例的系统中，能量储存系统10中的饮用水容量将小于15升。因此，所贮存饮用水不需要进行巴氏消毒，即无需加热至高于60℃，以防止军团菌。然而，如果饮用水、家用水、热水需要巴氏消毒，例如由调节器来进行，图1所示的库101可周期性地，例如每周一次，加热至高温。
在已知的存储器组合热水器中，一般加热水至约65℃以增加存储器容量并降低军团菌的风险。存储器组合热水器的容器所能存储的能量为2.7kWh，这相当于约25升饮用水的量。通常，这种容积需要对水进行巴氏消毒，由此需要加热超过60℃。
热水器20正常运行期间，在加热周期的尾段，热水器泵一般继续运行5至10分钟，以防止热水器过热。热水器中的由于过度运行产生的能量一般传递到中央加热辐射器或穿过热水器装置的箱体。在本发明实施例的热水器20与能量储存系统10的设置中，由于库101、102、103、104的层次化能够管理，能量储存系统10能够通过在过度运行周期回收这些过度运行产生的能量，从而利用到热水器20的过度运行周期。
类似的组合热水器的流体温度大约为45°摄氏度。为了从图1和图2所示的热水器20与能量储存系统10获得相同的流体温度，适用的相变材料为包括熔融点或相变温度为50至55℃的材料。另外，能量储存系统10包括恒温混合阀110，使得出口209处的热水温度调节至大约47℃。
能量储存系统是可配置的，这样最小化了其安装/布置的所需空间。例如，如图3所示，能量储存系统10可位于邻近热水器20处，例如在热水器20后方或下方300处。或者，能量储存系统10可远离热水器20，两者之间连接有合适的导管或管道。例如，热水器20可安装在墙内或厨房橱柜内，而能量储存系统10可位于与其分开的空间，例如壁橱310之上、地柜320后的空腔或橱柜与墙壁330之间的空间。
在所示和所述实施例中，能量储存系统10包括4个库101、102、103、104。然而，值得注意的是，库/蓄能器的数量仅以实例形式示出，同理，对于每个库的相变材料熔融点温度也是如此。这样，可应用更多或更少的库，也可以应用更高或更低的相变温度。
包括相变材料的系统提供了能够储存并释放能量的系统，其中当相变材料的物理状态从固态转变为液态或从液态转变为固态时，相变材料吸收或释放热量。
该系统与系统热水器一起描述。然而，值得注意的是该系统也可与其他类型热水器一起使用，以提升系统性能并减少废热，其他类型热水器例如是但不限于燃油热水器和燃气热水器。
上文描述了本发明特定实施例，同时能够理解的是源自所述实施例的变形仍然落入本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种组合热水器，包括热水器、能量储存系统、连接系统和控制器，其中
所述热水器提供热量和/或加热水；
所述存储系统包括多个热能储存库，其中
每个热能储存库包括具有特定相变温度的相变材料；
所述连接系统包括水连接系统和能量连接系统，其中
所述水连接系统设置为将主供给冷水和/或热水器加热的热水供给能量存储系统，并经过所述能量存储系统输出；
所述能量连接系统包括汲取设备及热能转移连接件，所述热能转移连接件贯穿所述每个热能储存库；
所述控制器被设置为
当热水器运行时，激活所述汲取设备，所述汲取设备从所述热水器汲取废能，并将所述废能供应至至少一个热能储存库，并管理热能储存库的层次，以在所述热水器过度运行期间回收能量；或
当需要输出超过10升热水时，指示热水器转换成热水加热模式，并同时激活所述汲取设备。
2.根据权利要求1所述的组合热水器，其特征在于，每个热能储存库可通过所述热能转移连接件连接至一个或多个相邻的热能储存库。
3.根据权利要求1所述的组合热水器，其特征在于，所述汲取设备包括泵，所述泵包括饮用水迷你泵或微型热泵。
4.根据权利要求1所述的组合热水器，其特征在于，还包括恒温混合阀，所述恒温混合阀混合主供给冷水和由所述能量储存系统加热的水，以控制热水在出口的温度。
5.根据权利要求4所述的组合热水器，其特征在于，所述恒温混合阀用于调节出口水温。
6.根据权利要求5所述的组合热水器，其特征在于，所述出口水温接近47℃。
7.根据权利要求1所述的组合热水器，其特征在于，所述能量储存系统内的水流速至少是15.5升/分钟。
8.根据权利要求1所述的组合热水器，其特征在于，所述相变材料的相变温度接近58℃。
9.根据权利要求1所述的组合热水器，其特征在于，至少一个热能储存库包括相变温度接近28℃的相变材料，其余热能储存库包括相变温度范围为50至55℃的相变材料。
10.一种与热水器一起使用的能量储存系统，所述能量储存系统包括：
多个热能储存库，其中每个热能储存库包括具有特定相变温度的相变材料；
汲取设备，用于回收热水器的废能，其中所述汲取设备用于从热水器汲取废能，并将所述能量供应至至少一个热能储存库；以及
控制器，设置用于激活所述汲取设备，响应热水器的运行。
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