CN1186578C - 制冷／制热潜能储存方法 - Google Patents

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Abstract

制冷/制热潜能储存方法属于能量转换及蓄能技术领域。公开了一种以氨水溶液为工作介质的能量转换、储存、再转换的设备和方法。其原理是将用电低谷时段的电能通过电机驱动压缩机压缩氨蒸气提高其压力而获得热能，并通过发生/冷凝器将热能转换成氨水溶液的制冷/制热潜能并在储罐内储存这种潜能而完成一次能量转换和储存过程；在用电平峰和高峰时段当用户需要冷能或热能时，采用制冷/制热的方式，通过二次能量转换过程，将储存的潜能转换成冷能或热能。优点是：对环境友好，可长久储存，工作溶液蓄能密度较高，系统设备简单，蓄能系统运行灵活。适用于蓄能制冷、蓄能制热和蓄能空调系统，也适用于对旧制冷、空调系统的改造。

Description

制冷/制热潜能储存方法
技术领域
本发明属于能量转换及蓄能技术领域。特别涉及到一种在用电低谷时段将电能转换成为氨水溶液的制冷/制热潜能，并以潜能的形式储存能量；在用电平峰和高峰时段且用户需要冷或热能时，采用制冷/制热的手段将所储存的潜能转换为冷或热能的方法。
背景技术
现有蓄冷/蓄热技术主要是利用工作介质状态变化过程所具有的显热、潜热效应或化学反应过程的反应热，采用直接储存冷能或热能方式进行。现有蓄冷/蓄热技术有显热蓄能技术、潜热蓄能技术和热化学蓄能技术。
现有蓄冷/蓄热技术简单描述：
1显热蓄能技术：利用每一种物质均具有一定的热容，在物质形态不变的情况下，随着温度的变化会吸收或放出热量的特性。从理论上说，所有物质均可以被应用于显热蓄能。在蓄能技术发展的初期，显热蓄能首先被提出并得到应用，应用最广泛的就是冷/热水蓄能技术。
2潜热蓄冷技术：利用物质相变时需要吸收或放出热量的特性来储存或释放冷、热能，包括：冰蓄能技术，共晶盐相变材料-PCM蓄能技术。冰蓄冷技术是目前使用较广泛的一项蓄冷技术，它是利用冰的相变潜热进行冷量的储存和释放。共晶盐相变材料-PCM蓄能技术是另一种较新的潜热蓄能技术，它是利用各种蓄能材料，又称相变材料-PCM，特殊的相变温度，使该项技术既适用于蓄热又适用于蓄冷。
3热化学蓄冷技术：在一定的温度范围内，某些物质吸热或放热时会产生某种热化学反应。利用这一原理所构成的蓄能技术称之为热化学蓄能技术。目前正在研究开发的气体水合物蓄冷技术从物质状态变化形式上可以划入潜热蓄冷技术，但从蓄冷原理上是属于由化学反应所产生的化学反应热来蓄冷。
以上所有现有蓄能技术的一个共同特点是直接储存冷能或热能，即首先采用制冷或制热手段将能量直接转换成冷能或热能，然后进行储存；蓄能温度均低高于环境温度，在储存过程中需要采用绝热措施，以减轻传热现象；所储存的冷、热能温度是一定限制的，不能任意变化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在用电低谷时段把电能先转换成氨水溶液的制冷/制热潜能并以潜能的形式储存能量；在用电平峰和高峰时段当用户需要冷或热能时，采用制冷/制热手段将储存的潜能转换成所需的冷或热能，对昼夜波动的电力负荷起到“削峰填谷”作用并降低用户用电费用的制冷/制热潜能储存方法。
本发明的技术解决方案是，将电能转换为工作介质制冷/制热潜能并储存最终转换成冷或热能的方法由一次能量转换、潜能储存和二次能量转换过程构成；一次能量转换过程是将用电低谷时段的电能先转换成热能，然后利用热能将氨从氨水溶液中分离出来，而使氨水溶液具有制冷/制热潜能；氨水溶液及氨液分别在各储罐内被储存；二次能量转换过程是在用电平峰和高峰时段，将储存于储罐内的氨液和氨水溶液分别引入蒸发器和吸收器，氨液在蒸发器内蒸发产生冷能，其蒸气在吸收器内被氨水溶液吸收产生热能，从而将储存的潜能转换为实际需求的冷或热能，以解决因使用制冷、空调系统所造成的昼夜电力负荷不均衡问题。
能量转换和蓄能循环中有三个储罐，分别储存分离前后的氨水溶液及氨液；设置冷/热负荷控制调节装置，储存的氨液经冷/热负荷控制调节装置进入蒸发器，获得低温热量后气化，储存的氨水稀溶液经冷/热负荷控制调节装置进入吸收器，吸收氨蒸气后进入浓溶液储罐。
本发明的效果和益处是：将用电低谷时段的电能转换成工作溶液制冷/制热潜能，并以潜能的形式储存能量；在用电平峰和高峰时段，通过制冷/制热手段将储存的潜能转换成所需要的冷或热能，对昼夜波动的电力负荷起到“削峰填谷”作用，不仅可提高电网运行安全性和经济性，而且还可降低用户的用电费用；由于能量以潜能的形式储存并采用制冷/制热手段再将潜能转换成冷或热能，因此其冷或热能温度可以根据需要在较大的范围内变化，蓄能制冷温度最低可以达到-40℃左右，且同一套能量转换及储存系统既可以用于供冷，也可以用于供热，而且蓄能方法简单，蓄能密度高，储存相同能量所需的储罐体积只有相变蓄能材料PCM的1/3左右；因此，本项发明特别适用于各种蓄能制冷、蓄能供热和蓄能空调系统，也适用于对已有制冷、供热和空调系统的改造。
附图说明
图1是本发明的工作循环流程图。
图中，虚线表示氨蒸气流股，实线表示氨水溶液流股，箭头为流动方向。
具体实施方式  下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
图1是一种以氨水溶液为工作介质将电能转换成溶液制冷/制热潜能并储存，最终转换成冷或热能的工作循环流程。在用电低谷时段，储存于储罐12内的氨水浓溶液经泵9和溶液热交换器1加压、加热后，由喷淋器3喷淋在发生/冷凝器2的换热管束4外，溶液受热产生氨蒸气流经减温/精馏器20与喷淋器19喷出的氨雾混合并气化，温度降低后被引入由电机17驱动的压缩机18压缩，压缩后氨蒸气在换热管束4内冷凝，冷凝热作为发生热传给换热管束4外的溶液，冷凝后的氨液经溶液热交换器1降温，小部分通过减压阀21进入减温/精馏器20，大部分进入氨液储罐8，此时阀23关闭，24开启；出发生/冷凝器2的浓溶液也经热交换器1降温后进入稀溶液储罐6，储罐6内液位达到设计值时，一次能量转换阶段结束，能量以溶液制冷/制热潜能的形式被储存起来；在用电平峰和高峰时段，当用户需要冷或热量时，冷/热负荷控制调节装置1116工作，根据用冷或用热负荷需求将储存于储罐8和6内的氨液和稀溶液分别引入蒸发器15和吸收器14，氨液在蒸发器15内气化产生冷量，冷量被15a15b流股带走；氨蒸气进入吸收器14被通过喷淋器13喷淋出的稀溶液所吸收，吸收热被冷却流股14a14b带走，用于供热或排向环境；从吸收器出来的氨水溶液进入浓溶液储罐12内，当储罐6内液位低达设计值时，二次能量转换阶段结束，完成“能量转换—储存—再转换”一个完整循环。
当蒸发温度较低时可在系统内增设过冷器26，此时氨液先经过冷器26降温后，再经冷/热负荷控制调节装置16进入蒸发器15，从蒸发器15出来的氨蒸气经过冷器26升温后进入吸收器14。当发生/冷凝器内不设辅助加热器时，系统内需设调节阀24，从出蒸发器15的氨蒸气中通过调节阀24引出部分氨蒸气与出减温器20的主氨蒸气混合进入压缩机18，满足冷凝热大于发生热的要求。
当系统按部分蓄能策略运行时，在用电平峰和高峰时段，阀23开启，24关闭，泵9停止运行，压缩后的氨蒸气直接进入冷凝器7内被冷却流股7a7b冷凝，冷却热或用于供热或排向环境；冷凝后的氨液进入储罐8，出蒸发器的氨蒸气不能被压缩机18全部吸入时，余下的部分进入吸收器14并被来自于储罐6经冷/热负荷控制调节装置11并被引入吸收器14的稀溶液所吸收，吸收后的浓溶液进入储罐12被储存。

Claims (2)

1.制冷/制热潜能储存方法，其特征在于，贯串于一次能量转换过程、储存过程和二次能量转换过程所构成的能量转换—储存—再转换的整个过程，过程实施如下：
(1)一次能量转换过程
(1.1)在用电低谷时段由电能驱动电机，电机带动压缩机压缩来自发生/冷凝器的氨蒸气，使其压力和冷凝温度提高，将电能转换成热能；
(1.2)被压缩机压缩后的氨蒸气在发生/冷凝器管束内冷凝，冷凝放出的热量传给喷淋在管外由浓溶液储罐而来的氨水溶液，使溶液中的氨不断被气化并被吸入压缩机进行压缩，离开发生/冷凝器具有制冷/制热潜能的氨水溶液流入稀溶液储罐；
(2)制冷/制热潜能储存过程
(2.1)发生/冷凝器管束内被冷凝的氨液储存于氨储罐内，管束外的氨水稀溶液储存于稀溶液储罐内，稀溶液具有制冷/制热潜能；
(2.2)最终能量转换用于制冷目的时，溶液储罐不采用保温措施，用于制热目的时，采用保温措施；
(3)二次能量转换过程
(3.1)在用电平峰和高峰时段用户需要冷或热能时，将储存于储罐内的氨液和氨水稀溶液通过冷/热负荷控制调节装置分别引入蒸发器和吸收器内；
(3.2)氨在蒸发器内蒸发产生冷能进行制冷，氨蒸气在吸收器内被氨水稀溶液吸收，产生的热量排向环境；或者氨在蒸发器内从低温热源中获得热量而被蒸发，吸收器内产生的温度稍高的热量向外供热，进行制热；
(3.3)从吸收器出来的氨水浓溶液被存入浓溶液储罐；
(4)当系统按全蓄能策略运行时执行(1)、(2)和(3)过程；
(5)当系统按部分蓄能策略运行时，在用电低谷时段执行第(1)和(2)过程，用电平峰和高峰时段压缩机继续工作，压缩后的氨蒸气进入冷凝器内冷凝成氨液，经节流后进入蒸发器内蒸发，产生的低压氨蒸气直接被压缩机吸入，不能被压缩机吸入的剩余氨蒸气进入吸收器被来自稀溶液储罐的溶液所吸收，吸收后的浓溶液进入浓溶液储罐；此时，压缩制冷/制热系统负担基本制冷/制热负荷，峰值负荷由能量转换及蓄能系统负担。
2.根据权利要求1所述的制冷/制热潜能储存方法，其特征在于，以氨水溶液为工作介质，将电能转换为溶液的制冷/制热潜能并储存，然后根据需要再将储存的潜能转换成冷或热能，其工作循环和流程为：在用电低谷时段，储存于储罐(12)内的氨水浓溶液经泵(9)和热交换器(1)加压、加热后，由喷淋器(3)喷淋在发生/冷凝器(2)的换热管束(4)外，溶液受热产生氨蒸气流经减温/精馏器(20)与喷淋器(19)喷出的氨雾混合并气化，温度降低后被引入由电机(17)驱动的压缩机(18)压缩，压缩后氨蒸气在换热管束(4)内冷凝，冷凝热作为发生热传给换热管束(4)外的溶液，冷凝后的氨液经热交换器(1)降温，小部分通过减压阀(21)进入减温/精馏器(20)，大部分进入氨液储罐(8)，此时阀(23)关闭，(24)开启；出发生/冷凝器(2)的浓溶液也经热交换器(1)降温后进入稀溶液储罐(6)，储罐(6)内液位达到设计值时，一次能量转换阶段结束，能量以溶液制冷/制热潜能的形式被储存起来；在用电平峰和高峰时段，当用户需要冷或热量时，冷/热负荷控制调节装置(11)(16)工作，根据用冷或用热负荷需求将储存于储罐(8)和(6)内的氨液和稀溶液分别引入蒸发器(15)和吸收器(14)，氨液在蒸发器(15)内气化产生冷量，氨蒸气在吸收器(14)内被通过喷淋器(13)喷淋出的稀溶液所吸收，吸收热被冷却流股(14a)(14b)带走，用于供热或排向环境；从吸收器出来的氨水溶液进入浓溶液储罐(12)内，当储罐(6)内液位低达设计值时，二次能量转换阶段结束，完成“能量转换—储存—再转换”一个完整循环；当蒸发温度较低时可在系统内增设过冷器(26)，此时氨液先经过冷器(26)降温后，再经冷/热负荷控制调节装置(16)进入蒸发器(15)，从蒸发器(15)出来的氨蒸气经过冷器(26)升温后进入吸收器(14)；当发生/冷凝器内不设辅助加热器时，系统内需设调节阀(24)，从出蒸发器(15)的氨蒸气中通过调节阀(24)引出部分氨蒸气与出减温器(20)的主氨蒸气混合进入压缩机(18)，满足冷凝热大于发生热的要求；当系统按部分蓄能策略运行时，在用电平峰和高峰时段，阀(23)开启，(24)关闭，泵(9)停止运行，压缩后的氨蒸气直接进入冷凝器(7)内被冷却流股(7a)(7b)冷凝，冷却热或用于供热或排向环境，冷凝后的氨液进入储罐(8)，出蒸发器的氨蒸气不能被压缩机(18)全部吸入时，余下的部分进入吸收器(14)并被来自于储罐(6)经冷/热负荷控制调节装置(11)并被引入吸收器(14)的稀溶液所吸收，吸收后的浓溶液进入储罐(12)被储存。
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