CN1464967A - 惯性蓄能装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种装置，其中形成一个第一热泵组的冷凝器的蛇形管(12)和形成一个第二组件的蛇形管(13)中的每一个固定在一个垂直栅网(28、29)上。2个栅网互相平行，并且埋在混凝土块(3)中，混凝土块(3)形成包括在系统中的能量储存单元之一。栅网由一些混凝土钢筋构成，这些钢筋在一个具有方形或矩形网眼的栅网上焊接在一起。把管子固定在栅网的一些节点上的装置为一些特殊类型的夹子。网格、管子和夹子都埋在混凝土块(3)中。

Description

惯性蓄能装置

技术领域

本发明整体涉及使用可更新的能量形式、特别是通过一个热泵的房间取暖和空气调节的系统。

背景技术

在这方面已经提出使用包括一些固体块的蓄热器，一个或几个金属管组成的线路埋在固体块中，当系统工作时，一种可以是液体或气体的载热流体流过金属管。例如，专利申请WO 96/28703描述了一个这样的蓄热器，其特点之一是蓄热器是混凝土的，这种材料有一些优点。

最近的经验表明，利用一些需要准确遵守的装置，在刚性块中储存热能可以在安装工作的合理化、价格、使用的可靠性、效率和寿命方面具有非常明显的实际优点。

发明内容

因此，本发明的目的是保证可以得到的优点，便宜地得到一种惯性蓄能装置，这种装置包括一些特点，这些特点构成发明对象，并且在所附的权利要求1-12中确定。

附图说明

下面参照附图作为例子描述本发明所述装置的一个实施例和几个变型，图中：

图1为一个整体透视示意图，其表示一个装有一个带有符合本发明一个实施例的惯性蓄能装置的取暖和空气调节系统的房屋。

图2是一个示意图，表示本发明所述惯性蓄能装置的一个推荐实施例。

图3、4分别为横剖面图和沿图3箭头A方向的前立面图，其表示一个符合推荐实施例的带有2个组件的蓄能块，组件由一个网格和一个载热流体线路组成。

图5、6为与图3类似的剖面图，表示网格位置的两个变型。

图7为一个安装在一个网格上的线路的前立面图，表示蛇形管在杆的交叉点上的安装。

图8为一个更大比例的透视示意图，其表示一个在一个管子上和一个承载网格杆的交叉点上就位的安装夹。

具体实施方式

在图1中看到一个装有一个取暖系统的房屋1，取暖系统包括一个惯性蓄能装置2，蓄能装置包括4个埋在建筑附近的土壤中的蓄能块3和一些根据需要传导包含在蓄能块中的潜热的装置。传导装置通过一个整体用4表示的流体线路组成部分的整体与一组热发生器5连接，给一些日常的附属装置供热的不同二级线路从热发生器5出发，这些附属装置如卫生用热水调节器6、房间的散热器7和通过地板取暖的线路8。图1中，热发生器组5用两个重叠的柜子表示。它的结构明确表示在图2的示意图中。热发生器还通过一些二级管线与一个带有水管线的太阳能收集器9和一个回收客厅壁炉产生余热的回收器10连接。

人们知道，列举附属装置只是作为例子给出，完全不是全部。正如下面还要看到的，例如它还包括一个游泳池的情况，以及一个高温太阳炉的情况。这种列举只是表示在房间取暖和空气调节的整个问题中可以考虑的多种多样的应用。现在要描述的惯性蓄能装置可以通过标准的和合理的装置满足每种能够设想的特殊情况。

从图2看到住房1的墙壁和惯性蓄能块3。蓄能块位于一个挖在建筑1附近并充填土的坑中。它的形状是一个棱柱，棱柱有一个水平位置的大底和一个比底部窄并与底部平行的上表面。蓄能块3由混凝土制成。它们的尺寸是标准化的，例如2.5×1.7×0.5/0.3m。如下面将看到的，坑11的尺寸和每个蓄能块在它的坑中的位置根据要储存的能量和流动返回期的长短等不同情况来确定。

实际上，对每个蓄能块，图1中用4表示的蓄能块3与发生器组5之间的连接通过一些形成两个线路12和13的管子实现，每个线路有一个入口12a、13a，和一个出口12b、13b。管子12、13的有效部分埋在蓄能块3的混凝土中，并且从入口段12a、13a起弯曲成一个平面的蛇行管，使接触面积尽可能大，并便于管线中流动的载热流体与混凝土之间的热交换。

在所述的实施例中，发生器组5由两组完全分开的热泵14和15组成。每个泵组包括一个完整的带有相变化的载热流体回路，并带有：一个上游线路组成部分和一个下游线路组成部分，两个组成部分之间有一个压缩机和一个膨胀阀，其中一个组成部分上有一个热交换器，和一个带有一个或几个散热器的第二线路。

对于泵组14，压缩机和膨胀阀用16和17表示，上游线路为埋在蓄能块3中的线路12，并且作为冷凝器给蓄能块提供热。下游线路为用18a、18b表示的蒸发器。流体在交换器19中通过，吸收第二线路20提供并收集在冷却线路21中的热。人们知道，这个泵组可以保持一个冷室，或形成一个用于夏天工作的空调。正如下面将看到的，它还可以满足其他功能。

组件15由相似的但反向工作的零件组成。从图2看到，膨胀阀22、压缩机23、上游线路24a、24b作为冷凝器，并且穿过交换器25给为散热器提供热的第二线路26提供上游线路13中收集的热。散热器相当于图1中的部件7或部件8。热水6也分流在线路26中。

因此，两个线路组成部分12、13埋在每个蓄能块3中，每个线路组成部分与泵组5中的一个单元14或15连接，并且其中一个形成制冷单元14的冷凝器12，另一个形成制热单元15的蒸发器。这种设置在上述系统的管理中有非常大的灵活性。图3、4重新表示带有埋在混凝土中的载热流体线路12和13的蓄能块3。这些线路中的每一个由一段弯成蛇形的足够长度的管子构成。管子可以是不锈钢的或铜的，例如直径为10mm，壁厚为0.5mm。这些线路也可以由合成材料，例如聚乙烯或复合材料制成。每个线路12、13安装在一个栅网28、29上。这个栅网可以由一些金属杆，特别是混凝土钢筋组成，例如直径为6mm，并且互相垂直地焊接在一起，形成一个具有方形或矩形网眼的网，例如网眼边长为15cm。栅网也可以由合成材料制成，例如聚乙烯，带有焊接或粘接的杆，或一次浇注形成。栅网28、29构成线路部件的支撑结构，特别是用于浇注混凝土前的运输和线路的就位。在预制蓄能块的情况下，最好使用混凝土钢筋构成的栅网，因此这些栅网还具有保证混凝土粘结的作用。管子的弯曲和使蛇形管与栅网的节点准确就位的作业可以通过一个板形铺设装置合理地进行，铺设装置有一些槽，栅网的杆位于其中。板子装有一些夹子，使管子相对铺设装置固定，并在应该实现蛇形管弯头的位置上与栅网固定。下面将讨论将蛇形管安装到栅网上的技术。

虽然蛇形管的这些安装作业可以在现场进行，但是为了制造质量的最佳控制，并最大程度地较少现场工作的时间，这些作业最好在工厂进行，将已经组装的栅网和蛇形管的组件运输到现场，以便可以直接与一个模板一起就位，或者直接放在地上的一个坑中，坑的侧边和底作为模板，然后可以浇注混凝土。线路组成部分的入口段和出口段12a、12b、13a、13b足够长，以便以后可以连接。对于上面给出的尺寸，每个栅网-蛇形管组件重量为50-100kg，使其便于搬运。因此现场不需要安排特别重的机械进入的装置。但是，如果情况允许，蓄能块3也可以完全在工厂制造，并作为准备安装的产品运输到现场。

正如在图3看到的，两个栅网28、29位于蓄能块的中心的垂直位置，互相之间有一个小的距离。每个蛇形管线路12、13固定在栅网上，栅网从外侧支撑蛇形管线路。一个组件与另一个组件的栅网和蛇形管的分支在高度上错开栅网的二分之一个网格。这种设置保证最好地利用混凝土和栅网钢筋的热特性。这些钢筋起着热桥的作用，并且有利于热的扩散。

蓄能块可以作为热储存器，或者蓄热，或者“排热”，即两个线路即冷凝线路12或蒸发线路13中只有一个在运行。但是，运行的顺序可以是变化的，如每日变化或季节性变化。因此可以设计两个线路同时运行的情况，能量只是穿过蓄能块进行传递。这种形式对需要同时连续进行空气调节并产生卫生用热水的旅馆和医院特别有用。两个组件12-28、13-29的位置靠近的优点是温度差特别小。但是，在这种情况下，栅网28、29互相之间的距离大于图3所示的距离，距离一般在5到10cm，使管子周围的能量可以很好地扩散。如果热源与这些组件的扩散器之间的温度差小，则整体的特性系数(COP)特别高。例如季节之间希望利用一个游泳池中的热能给住房加温，或相反，利用空调的作用或通过收集器9收集的太阳热加热游泳池的水就是这种情况。由于泵是可逆的，两个线路也可以同时使用，或者作为蓄能器，或者作为排能器。图5、6为与图3类似的剖面图，表示组件12/28、13/29的位置的两个变型，在某些情况下，它们的性能还好于到现在所描述的实施例的性能。在这两个图中，两个栅网28、29的垂直杆位于同一个平面中。水平杆也可以尽可能地互相靠近(图5)，或者最好可以分开，例如分开半个网格(图6)。

图7表示载热流体管在栅网上的装配。该图表示组件12/28、13/29在与图3箭头A相反方向的视图。栅网29的一部分和弯曲成蛇形管的载热流体管13的一部分用立面表示。虽然只表示了6个水平分支和4个180度的弯头，显然这个数字不是确定的，并且实际使用中这个数字更大。蛇形管的水平分支13通过一些金属或合成材料带形成的固定件30如固定夹(brides colson)固定在栅网29的节点上。在图7的例子中，每个夹子挂在栅网的一个节点上，并将管子13的水平分支保持在栅网的水平杆上。图8也表示这种位置。根据一个变型，固定夹不是挂在栅网的节点上，而是沿着栅网的一个水平杆。固定夹的数量和它们在蛇形管的每个水平分支上的交错位置根据具体情况进行选择。需要指出的是，这种固定方式保证管子对它们的支撑网的一个弹性压力，这样使得当温度变化时，组件可以支撑网格/管子的不同膨胀和收缩。另一方面，构成蛇形管的管子弯头部分可以设有一个允许管子与混凝土分开的膨胀/收缩的装置。例如，这种装置可以以可压缩聚胺酯泡沫(最好带有封闭腔)的套筒(31)(图7所示)的形式形成，套筒31位于形成蛇形管的管子的弯头部分周围。

上述系统特别先进，有以下几个理由：它可以提高来自其他附属来源的能量的收集，如一个有很高特性系数(COP)水管线的游泳池或太阳能收集器，或者例如一个壁炉的热回收器，或一个高温太阳炉的热回收器。在季节性期间，聚集在蓄能块中的热可以延伸到周围的土壤中，土壤作为绝缘体和接受器。因此，来自太阳能收集器的水管可以直接与蓄能块3或这些蓄能块中的某些结合，这样避免加入一个热交换器。最后，显然，在夏季，蓄能块3和周围的土地直接收集周围环境的热和只设有线路13和整体件15的情况也代表本发明的一种应用。

因此，本发明所述惯性蓄能装置可以同时用作热能收集器、温度平衡器、温度交换器或温度调节器，所有这些都是可逆的。

图1和图3所示蓄能块的形状为三角形或梯形截面的棱柱形，其上底的尺寸小于下底的尺寸。当然蓄能快3也可以是其他形状，例如T形，防止蓄能块深陷到土地中，或者也可以是矩形。

虽然已经描述了带有混凝土蓄能块的本发明所述的装置，所述蓄能块也可以用其他固体或半固体材料制成，例如膨润土或其他类似的凝胶制成。

这里还没有描述为了可以有效管理整个系统而将设置的装置，如可以操纵流动的多通道阀、排出机构，必要时还有管子的清洁装置以及测量和控制装置。这些装置自然根据需要设置。虽然已经描述了一个带有两个单独的热泵组件的系统，一个作为制热器，一个作为制冷器，也可以只设一个组件。

另外，所描述的储存装置显然不限于房屋的取暖和空气调节，也可以涉及局部需要加温或冷却的各种建筑。

Claims (18)

1.惯性蓄能装置，特别是局部取暖和/或空气调节系统用的惯性蓄能装置，这种装置包括至少一个固体或半固体材料的蓄能块(3)和至少一个埋在每个蓄能块(3)中的载热流体线路(12、13)，其特征在于，至少一个栅网(28、29)埋在每个蓄能块(3)中；并且所述线路中的每一个由一个弯曲成蛇形的连续管形成，所述管道以这样的方式安装在一个栅网上，以便可允许所述管道相对栅网的不同膨胀和收缩。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，至少一个线路与一个热泵(14、15)的带有相变化的载热流体回路结合。

3.如权利要求1或权利要求2所述的装置，其特征在于，每个蓄能块(3)包括具有一个栅网和一个线路的两个组件(12、28；13、29)，所述栅网是平面的，并且平行位于所述蓄能块中。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述蓄能块(3)的形状是一个多面体，所述多面体的底面为水平位置的矩形，并且所述多面体有一个也是平面的并与底面平行的上表面，在上表面处所述栅网(28、29)是垂直的。

5.如权利要求2所述的装置，其中，一个蓄能块的两个线路(12、13)与不同的热交换回路结合，其特征在于，所述装置与两个热泵组(14、15)连接，所述线路中的一个作为蒸发器，另一个作为冷凝器。

6.如上述权利要求之一所述的装置，其特征在于，所述蓄能块(3)的形状为一个垂直截面为三角形的棱柱。

7.如权利要求1至5之一所述的装置，其特征在于，所述蓄能块(3)的形状为T形。

8.如上述权利要求之一所述的装置，其特征在于，所述蓄能块的材料为混凝土。

9.如权利要求1至7之一所述的装置，其特征在于，所述蓄能块的材料为一种凝胶。

10.如权利要求4至9之一所述的装置，其特征在于，所述蓄能块埋在土壤中，它们的表面直接与土壤接触。

11.如上述权利要求之一所述的装置，其特征在于，至少一个蓄能块中的一个线路与一个不与一个热泵连接的附属热源连接，附属热源为一个太阳能收集器(9)、一个壁炉的热回收器(10)、一个高温太阳炉等。

12.如上述权利要求之一所述的装置，其特征在于，所述栅网由一些在交叉点处互相连接的金属杆组成。

13.如权利要求1至11之一所述的装置，其特征在于，所述栅网为合成材料。

14.如上述权利要求之一所述的装置，其特征在于，所述管线为金属管。

15.如权利要求1至13之一所述的装置，其特征在于，所述管线为合成材料管。

16.如上述权利要求之一所述的装置，其特征在于，所述管线形成蛇形管的弯曲部分带有一个允许管子有相对于混凝土的不同膨胀和收缩的装置。

17.如权利要求16所述的装置，其特征在于，所述管线的弯曲部分安设有可压缩聚氨酯泡沫塑料的套筒(31)。

18.由至少一个栅网组成并包括至少一个固定在所述栅网上的弯曲成蛇形管的连续管线的组件，该组件为符合上述权利要求之一的装置的一部分。

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