CN1560554A - 一种热储能方法和系统 - Google Patents

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Abstract

一种涉及制冷、采暖方法或系统的热储能方法和系统，在采用热储能球进行储能的储能系统中，对于热储能球中的热储能材料采用相变材料，并使其固液转换溶点高于整个制冷系统中传输介质的固液转换溶点，在储能系统与负载的直接热交换工作当中，热储能球直接向负载提供能量补偿；在储能系统与负载的直接热交换工作当中，所述的负载使传输介质产生热交换的输入温度和输出温度，所述的相变材料的固液转换溶点介于所述输入温度和输出温度之间；对于热储能球中的热储能材料采用高溶点的相变材料，使相变材料实现制热储能，直接向负载提供制热能量补偿，本发明热交换效率高，实用性强。

Description

一种热储能方法和系统
技术领域
本发明涉及制冷和采暖(制热)方法或系统，尤其涉及一种热储能方法和系统。
背景技术
在现有的空调制冷和采暖(制热)系统中，有些采用热储能球实现热储能功能，用于负载需求达到高峰时，提供能量补偿，减小供电网高峰负载、制冷和采暖(制热)系统对于满足峰值需求时的设计参数，以提高效率，降低成本，但在现有技术中，热储能球一般采用水作为热储能材料，这样，用于储能的传输介质的固液转换溶点，相对于用于负载热交换的传输介质(比如，水)的固液转换溶点还要低，因此，就热交换循环线路来说，储能部不能直接向负载提供能量补偿，必须采用热交换器，如图1所示的一般中央空调热储能系统，包括制冷冷水机组1和热储能部2，还包括有热交换器4，制冷冷水机组1和热储能部2中的传输介质为低温乙二醇(Glycol)，而在负载3中的传输介质为水，制冷冷水机组1和热储能部2必须通过热交换器4向负载3提供能量，热交换器4的使用势必会降低整个系统的热交换效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高效率的热储能方法和系统，以弥补现有技术中热交换效率低的不足。
本发明所采用的热储能方法为：在采用热储能球进行储能的储能系统中，对于热储能球中的热储能材料采用相变材料，幷使其固液转换溶点高于整个制冷系统中传输介质的固液转换溶点，在储能系统与负载的直接热交换工作当中，热储能球直接向负载提供能量补偿；
在储能系统与负载的直接热交换工作当中，所述的负载使传输介质产生热交换的输入温度和输出温度，所述的相变材料的固液转换溶点介于所述输入温度和输出温度之间；
对于热储能球中的热储能材料采用高溶点的相变材料，使相变材料实现制热储能，直接向负载提供制热能量补偿。
这种热储能系统，包括制冷冷水机组和热储能部，所述的热储能部具有采用空心热储能球的热储能体，其特征在于：所述热储能球内装有相变材料，制冷冷水机组、热储能部和负载热交换循环线路直接相通；
所述的热储能部包括水泵和热储能体，并设有相应的动力控制阀门与制冷冷水机组相连；
这种热储能系统也可以包括采暖热水机组和热储能部，所述的热储能部具有采用空心热储能球的热储能体，其特征在于：所述热储能球内装有相变材料，采暖热水机组、热储能部和负载热交换循环线路直接相通；
所述的热储能部包括水泵和热储能体，幷设有相应的动力控制阀门与采暖热水机组相连；
所述的热储能球由两个半球壳体构成，两个半球壳体的边缘相扣合封闭。
本发明的有益效果在于：在本发明中，在采用热储能球进行储能的储能系统中，对于热储能球中的热储能材料采用相变材料，相变材料的固液转换的溶点可由-62℃至+117℃，幷使相变材料固液转换溶点高于整个制冷系统中传输介质的固液转换溶点，在储能系统与负载的直接热交换工作当中，热储能球直接向负载提供能量补偿，使得热储能部与负载的热交换循环线路可直接相通，不需要现有技术中所使用的低温乙二醇(Glycol)作为传输介质及不需要安装热交换器去分隔制冷冷水机组、热储能部和负载，不需要现有技术中所使用的热交换器，简化系统设计，降低成本、能量损耗，提高热交换的效率，尤其是，相变材料的固液转换溶点介于负载的输入温度和输出温度之间，这样，在储能系统(如用于制冷中)与负载的热交换工作温度之中，热储能部可根据需要进行储能或向负载提供能量补偿，进一步提高系统的运行效率，而且，本发明对于热储能球内采用不同溶点的相变材料的热储能系统，使得热储能系统还可应用于低温冷冻及高温热水的热存贮，因此，除了可以在民用中央空调系统内的制冷及采暖作为热储能外，幷可应用到其它工业领域以提高效率，因此，本发明的实用性较强。热储能球由两个半球壳体构成，两个半球壳体的边缘相扣合封闭，这种设计工艺简单，可降低成本，进一步提高本发明的实用性。
附图说明
图1为现有技术中采用冷冻水热储能系统的总体构成示意图；
图2为本发明实施例1总体构成示意图；
图3为储能球的下半球壳体剖面示意图；
图4为下半球壳体中边缘A部局部放大示意图；
图5储能球的上半球壳体剖面示意图；
图6为上半球壳体中边缘B部局部放大示意图；
图7为本发明实施例2的总体构成示意图；
图8为本发明实施例3的总体构成示意图。
具体实施方式
下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明：
实施例1：
根据图2、图3、图4、图5和图6，本发明包括一组制冷冷水机组1和热储能部2，如图2所示，制冷冷水机组1包括冷水机11和水泵12，热储能部2包括水泵21和热储能体22，幷设有相应的动力控制阀门23、24、25与制冷冷水机组1相连，热储能体22包括热储藏罐221，热储藏罐221中装有空心热储能球222，热储能球222具有金属外壳，金属外壳可采用不锈钢外壳，热储能球222由两个半球壳体构成，如图3和图5所示的下半球壳体剖面示意图和上半球壳体剖面示意图，如图4和图6所示的边缘A、B局部放大示意图，两个半球壳体的边缘相扣合封闭；在本发明中，热储能球222内所装的热储能材料采用相变材料，相变材料的固液转换的溶点可由-62℃至+117℃，传输介质可采用水，如图2所示，在本发明中的制冷冷水机组1和热储能部2与负载3的直接热交换工作当中，负载3使传输介质产生热交换的输入温度和输出温度，这样，在实际应用中，可根据系统需求，将相变材料的固液转换溶点设定介于所述输入温度和输出温度之间，例如，负载3的输入温度、输出温度分别为+7℃和+12℃，相变材料的固液转换的溶点设定于介于这两者之间，如+8℃，如图2所示，制冷冷水机组1、热储能部2与负载3的热交换循环线路直接相通，在使用中，如在晚间，负载3需求较低时，由于负载3的输入温度为+7℃，同时制冷冷水机组1可调较冷冻水输出温度低至+2℃至+5℃使热储能球222中的+8℃相变材料完成液-固转换(结冰)幷释放出大量热潜能，热储能部2储存冷能量，当在白天，负载3需求达到高峰期时，制冷冷水机组1的功率不能满足负载3需求，热储能部2中的水泵21启动，热储能部2向负载3传送冷能量，满足负载3的冷能量需求。
实施例2：
在本发明中，对于相变材料的固液转换的溶点的设置进一步大幅提高后，热储能部2还可用于热存贮，使本发明用于采暖储能系统中，如图7所示，这种热储能系统包括采暖热水机组6和热储能部2，所述的热储能部2具有采用空心热储能球222的热储能体22，热储能球222内装有相变材料，采暖热水机组6包括热水器61和水泵12，采暖热水机组6、热储能部2和负载3热交换循环线路直接相通，例如，传输介质采用水，热水器61产生65℃的热水，相变材料的固液转换的溶点设置为高溶点，但可略低于热水器出水温度，如固液转换溶点为58℃的相变材，可使相变材料实现制热储能，直接向负载3提供制热能量补偿，其它具体结构、方法及控制过程与实施例1所述相同或相似，这里不再赘述，这样，通过设置热储能球222内所装的相变材料溶点，在采用不同溶点的相变材料时，由液体转化固体所释放出的热潜能或由固体转化液体所吸收的热潜能达到制热或制冷的储能效果。
实施例3：
如图3、图4、图5、图6和图8所示，本实施例与实施例1的区别在于，在本实施例中，一制冷系统中设置温控装置5，控制热储能部2中的水泵21或动力控制阀门23、24、25的通断工作状态，系统其它部分的结构与实施例1所述相同，在使用中，例如，如图8所示，温控装置5对负载3的输入点的实时工作温度进行监测，假设监测到的工作温度51为+10℃，这时，明显显示制冷冷水机组1的功率不能满足负载3需求，温控装置5控制水泵21使其启动，幷关闭动力控制阀门24，开通动力控制阀门23，开通动力控制阀门25使冷冻水经负载3回流至水泵21通往热储能体22顶部，幷流经热储能球222，将热能传至热储能球222，溶化球内的相变材料，因而降温流经已开通的动力控制阀门23，再回到制冷冷水机组1。当监测到的工作温度51返回为+7℃时，温控装置5可控制水泵21使其停止工作。
又例如在夜间利用低廉的低谷电价制冷时，热储能部2储存冷能量时，温控装置5对热储能体22的温度52进行监测，假设监测到的温度高于+7℃，温控装置5控制动力阀23及24使其开通幷开始储存冷能量，或者对负载3的输出工作温度54及制冷冷水机组1的输入工作温度55进行监测产生相应的控制，通过这些自动温度控制，可有效地降低系统损耗，优化系统的热交换循环线路。
在本实施例中，温控装置5可通过控制系统热交换循环环路中装设的三通阀、四通阀或其它多通阀实现以上所述的自动温度控制，这对于本领域的技术人员来说，勿需创造性劳动既可予以实施，此处不再赘述。

Claims (9)

1.一种热储能方法，其特征在于：在采用热储能球进行储能的储能系统中，对于热储能球中的热储能材料采用相变材料，并使其固液转换溶点高于整个制冷系统中传输介质的固液转换溶点，在储能系统与负载的直接热交换工作当中，热储能球直接向负载提供能量补偿。
2.根据权利要求1所述的热储能方法，其特征在于：在储能系统与负载的直接热交换工作当中，所述的负载使传输介质产生热交换的输入温度和输出温度，所述的相变材料的固液转换溶点介于所述输入温度和输出温度之间。
3.根据权利要求1所述的热储能方法，其特征在于：对于热储能球中的热储能材料采用高溶点的相变材料，使相变材料实现制热储能，直接向负载提供制热能量补偿。
4.一种热储能系统，包括制冷冷水机组(1)和热储能部(2)，所述的热储能部(2)具有采用空心热储能球(222)的热储能体(22)，其特征在于：所述热储能球(222)内装有相变材料，制冷冷水机组(1)、热储能部(2)和负载(3)热交换循环线路直接相通。
5.根据权利要求3所述的热储能系统，其特征在于：所述的热储能部(2)包括水泵(21)和热储能体(22)，并设有相应的动力控制阀门与制冷冷水机组(1)相连。
6.根据权利要求4或5所述的热储能系统，其特征在于：所述的热储能球(222)由两个半球壳体构成，两个半球壳体的边缘相扣合封闭。
7.一种热储能系统，包括采暖热水机组(6)和热储能部(2)，所述的热储能部(2)具有采用空心热储能球(222)的热储能体(22)，其特征在于：所述热储能球(222)内装有相变材料，采暖热水机组(6)、热储能部(2)和负载(3)热交换循环线路直接相通。
8.根据权利要求7所述的热储能系统，其特征在于：所述的热储能部(2)包括水泵(21)和热储能体(22)，并设有相应的动力控制阀门与采暖热水机组(6)相连。
9.根据权利要求7或8所述的热储能系统，其特征在于：所述的热储能球(222)由两个半球壳体构成，两个半球壳体的边缘相扣合封闭。
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