TWI658238B - 分體式儲能系統及其方法 - Google Patents
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Abstract
一種分體式儲能系統整合了直膨式與液固二相式兩種儲能系統，其包括一直膨冷媒系統單元、一液固相冷能儲存單元、以及連結前述單元及元件之複數個連結管路；直膨冷媒系統單元依序包括一壓縮機、一排熱單元、一冷媒控制液泵、與至少一製冷器。液固相冷能儲存單元具有一儲冷庫、與儲冷庫保持預定溫度之一液冷媒儲槽。儲冷庫具有液固共存而保持一預定溫度之一第一冷媒介質、液冷媒儲槽內儲存呈液相之一第二冷媒介質。第二冷媒介質通過儲冷庫可進行液、氣相轉換，但與第一冷媒介質彼此獨立。第二冷媒介質可選擇三循環迴路的其中之一循環；分別為一直膨式製冷循環、一直膨式儲冷循環、與一直膨式釋冷循環，藉此對一目標空間進行供冷。
Description
本發明涉及一種儲能系統及其方法，特別是一種整合直膨式與液固相變儲能技術之分體式儲能系統及其方法。
習稱直膨系統，泛指製冷劑直接膨脹蒸發吸熱的系統，其空調機組可以廣泛地應用在各種空間中，而製冷迴圈中有部分元件位於機房、部分元件位於室外則統稱為分體式系統，通常是將凝結器設置於室外，方便排熱至室外大氣。由於空調負載的需求量大，電力系統的尖峰負載激增，各類的儲能系統對應不同的空間結構有不同的因應配合。發明人曾提出發明專利第555945號「具有儲能、釋能之冷凍空調系統及其控製方法」一案，則是公開了一種按負荷需求自動調節第一或第二冷媒循環迴路之冷媒流量的控製方法，使主機在輕負載或重負載的狀況下都能處於最佳運轉狀相，以達到節能效益。
為因應有效供/儲、與使用能源，降低電力/費浪費、與降低電力投資，降低傳統市電尖峰離峰供電不均、確保應付尖峰負載所需等需求，發明人乃進一步提出本發明之創作。
本發明之目的在於提供一種分體式儲能系統及其方法，可提供有效使用能源、降低電力與電費、以及確保足夠應付尖峰負載之電力。
為此，本發明提供一種分體式儲能系統，包括一直膨冷媒系統單元、一液固相冷能儲存單元、以及複數連結管路。直膨冷媒系統單元依序具有一壓縮機、一排熱單元、一冷媒控制液泵、與至少一製冷器；其中，排熱單元與製冷器各自獨立於不同空間。液固相冷能儲存單元具有一儲冷庫與一液冷媒儲槽；儲冷庫具有液固共存之一第一冷媒介質、液冷媒儲槽內儲存呈液相之一第二冷媒介質；第一、第二冷媒介質彼此獨立；第二冷媒介質通過儲冷庫可進行液、氣相轉換；液冷媒儲槽與儲冷庫保持接近一預定溫度；前述的連結管路分別連通壓縮機至排熱單元、排熱單元至冷媒控制液泵、冷媒控制液泵至液冷媒儲槽、液冷媒儲槽至製冷器、製冷器至壓縮機、以及儲冷庫至壓縮機與製冷器。其中，第二冷媒介質可行進一第一循環迴路、一第二循環迴路、一第三循環迴路的其中之一循環。第一循環迴路從壓縮機依序通過排熱單元、冷媒控制液泵、液冷媒儲槽、製冷器，再回到壓縮機，作為直膨製冷循環；第二循環迴路從壓縮機依序通過排熱單元、冷媒控制液泵、液冷媒儲槽、儲冷庫，再回到壓縮機，作為直膨式儲冷循環；第三循環迴路從液冷媒儲槽依序通過製冷器、儲冷庫，再回到液冷媒儲槽，作為直膨式釋冷循環。
為此，本發明提供一種分體式儲能方法，包括(a)置備如請求項1之分體式儲能系統；以及(b)使該第二冷媒介質選擇性地行進該第二循環迴路與該第三循環迴路之其中一循環。
100‧‧‧直膨冷媒系統單元
102‧‧‧壓縮機
104‧‧‧排熱單元
106‧‧‧冷媒控制液泵
107、1073、1074、107X‧‧‧液冷媒泵浦
108、1083、1084、108X‧‧‧製冷器
200‧‧‧液固相冷能儲存單元
300‧‧‧儲冷庫
302‧‧‧液固相變儲能介質儲庫
304‧‧‧熱交換器
400‧‧‧液冷媒儲槽
500、501~507‧‧‧連結管路
Sp1、Sp2、Sp3、Sp4、SpX‧‧‧空間
W1‧‧‧第一冷媒介質
W2‧‧‧第二冷媒介質
L1、L2、L3‧‧‧第一、第二、第三循環迴路
TL‧‧‧預定溫度
Ts、Ts3、Ts4‧‧‧目標溫度
△T‧‧‧溫差
第1圖為本發明分體式儲能裝置之系統方塊圖；第2圖為第一循環迴路L1之示意圖；
第3圖為第二循環迴路L2之示意圖；第4圖為第三循環迴路L3之示意圖；第5圖為本發明分體式儲能裝置另一實施態樣之系統方塊圖；第6圖為本發明分體式儲能裝置又一實施態樣之系統方塊圖；以及第7圖為本發明分體式儲能方法之流程圖。
請參閱第1、7圖為本發明的分體式儲能系統與方法，其整合了直膨式與液固二相式(本發明以冰/水二相為例)的兩種儲能系統，容許一冷媒行進三種循環迴路L1、L2、L3，其中，循環迴路L1為直膨式製冷循環、循環迴路L2為直膨式儲冷循環、循環迴路L3為直膨式釋冷循環，分別在尖峰時段啟動循環迴路L3釋冷、在離峰負載時段啟動循環迴路L2儲冷，並可視情況啟動循環迴路L1直接供冷；本方法的詳細步驟容後說明。
本發明的分體式儲能系統，如第1圖，包括一直膨冷媒系統單元100、一液固相冷能儲存單元200、以及複數個連結管路500。直膨冷媒系統單元100依序包括一壓縮機102、一排熱單元104、一冷媒控制液泵106、選擇性設置之至少一液冷媒泵浦107(繪示於第5圖)、與至少一製冷器108。液固相冷能儲存單元200具有一儲冷庫300、與儲冷庫300保持預定溫度TL之一液冷媒儲槽400。儲冷庫300具有液固共存而保持一預定溫度TL之一第一冷媒介質W1、液冷媒儲槽400內儲存呈液相之一第二冷媒介質W2。本發明中，第一冷媒介質W1為水、或進一步為水與鹽類混合之低溫水溶液，在水溶液
時可以透過調整溶液之濃度而改變液固相變之溫度，使製冷器108得以應用於冷氣、空調冷卻或冷凍冷藏之儲能應用，以下簡稱第一冷媒介質W1為冰/水W1；且一般而言，第二冷媒介質W2可為直膨冷凍系統專用之冷媒R410、R404、R507等選擇，以下簡稱第二冷媒介質W2為冷媒W2。本實施例中，儲冷庫300具一液固相變儲能介質儲庫302與一熱交換器304，便於解釋冰/水W1與冷媒W2的相變、以及後續的迴路循環；惟，儲冷庫300如何與液冷媒儲槽400進行熱交換又可保持冰/水W1、冷媒W2彼此獨立的配置並不限於本實施例之態樣。以下進一步說明本實施例：液固相變儲能介質儲庫302依儲能需求設計，用來儲存液固共存之冰/水W1；液固相變儲能介質儲庫302與液冷媒儲槽400互不連通，使冰/水W1、冷媒W2彼此獨立而不相混和。熱交換器304則佈設於液固相變儲能介質儲庫302內部且連通液冷媒儲槽400，冷媒W2於熱交換器304中可發生蒸發或凝結，因此冷媒W2通過熱交換器304可進行液、氣相轉換且呈液氣共存。液固相冷能儲存單元200可保證儲存於液冷媒儲槽400之冷媒W2與儲冷庫300之冰/水W1保持接近預定溫度TL。
連結管路500為供冷媒W2行進，其包括：連通壓縮機102至排熱單元104之連結管路501、連通排熱單元104至冷媒控制液泵106之連結管路502、連通冷媒控制液泵106至液冷媒儲槽400之連結管路503、連通液冷媒儲槽400至液冷媒泵浦107之連結管路504、連通液冷媒泵浦107至製冷器108之連結管路505、連通製冷器108至壓縮機102之連結管路506、以及連通儲冷庫300至壓縮機102與製冷器108之連結管路507。其中，連結管路507得設有一配備有逆止功能之電磁閥。此外，冷媒控制液泵106具有冷媒控制器的功能，可以按照製冷器108冷媒流量的需求而調節進行微量循環(二相變化)或
大流量循環。
液固相冷能儲存單元200與製冷器108各自獨立於不同空間，或是位於同一空間但以風管相連接。液固相冷能儲存單元200與直膨冷媒系統單元100之排熱單元104可共構、亦可分離；液固相冷能儲存單元200本身的儲冷庫300與液冷媒儲槽400亦可共構為一體或分離配置；至少使直膨冷媒系統單元100之排熱單元104與製冷器108位於不同空間即可。本實施例中，液固相冷能儲存單元200採與直膨冷媒系統單元100之排熱單元104共構，並位於一第一空間Sp1。直膨冷媒系統單元100之製冷器108設於一第二空間Sp2；第二空間Sp2本身或與第二空間Sp2所連通者，為本系統所要供冷的目標空間；其中，第一、第二空間Sp1、Sp2各自獨立；在本實施例中，第一空間Sp1為室外，便於使排熱單元104將熱排散至室外；第二空間Sp2則為機房，使製冷器108便於對與第二空間Sp2本身、相鄰或連通的目標空間供冷。
請參閱第2~4圖，本發明的分體式儲能系統定義出至少三個循環迴路(定義上並不限制迴路的起、終點)。
第一循環迴路L1，如第2圖，為直膨式製冷循環，用來對第二空間Sp2直接供冷至一目標溫度Ts，冷媒W2依序通過壓縮機102、排熱單元104、冷媒控制液泵106、液冷媒儲槽400、製冷器108、再回到壓縮機102。
第二循環迴路L2，如第3圖，用來對離峰負載時段的儲冷，冷媒W2依序通過壓縮機102、排熱單元104、冷媒控制液泵106、液冷媒儲槽400、儲冷庫300的熱交換器304，再回到壓縮機102，作為直膨式儲冷循環；由於第二循環迴路L2中，液相冷媒W2未從液冷媒儲槽400行進至製冷器
108，沒有發生對第二空間Sp2的供冷，而是通過儲冷庫300中的熱交換器304吸熱蒸發為氣相，使液固相變儲能介質儲庫302中的水W1相對排熱凝固為冰W1，藉液固相變儲能介質儲庫302進行儲冷；冷媒W2於儲冷庫300中在熱交換器304內蒸發回到壓縮機102，重複行進第二循環迴路L2。儲冷庫300內水W1的質量是固定的，隨著第二循環迴路L2的持續，儲冷庫300固相冰W1的比例將逐漸提高。若是在第5圖的配置方式，進行第一循環迴路L1時會讓液冷媒泵浦107處於關閉狀態。
第三循環迴路L3，如第4圖，用來對尖峰負載時段的釋冷，冷媒W2從液冷媒儲槽400依序通過製冷器108、儲冷庫300的熱交換器304、並回到液冷媒儲槽400。液相冷媒W2行進至製冷器108對第二空間Sp2供冷後發生相變化為氣相；並返回液固相冷能儲存單元200之儲冷庫300的熱交換器304，通過儲冷庫300中的熱交換器304排熱凝結為液相，使液固相變儲能介質儲庫302中的冰W1相對吸熱融化為水W1，冷媒W2於熱交換器304內發生凝結且再回到液冷媒儲槽400，重複行進第三循環迴路L3；此時的冷媒W2僅須透過液固相變儲能介質儲庫302融冰釋冷取得冷能，即可對第二空間Sp2供冷。需補充說明的是，在第5圖的配置方式下，冷媒W2會藉由液冷媒泵浦107輸送到製冷器108。
由於液固相變儲能介質儲庫302的冰/水W1以相變保持在攝氏零度(0℃)，即一預定溫度TL；設第二空間Sp2需供冷攝氏10度(10℃)，即一目標溫度TS，保持預定溫度TL比目標溫度TS低溫，且保持液固相變儲能介質儲庫302的冰/水W1為液固共存可使預定溫度TL不變，因此預定溫度TL與目標溫度TS間的溫差△T亦能相對固定；當然，亦表示溫差△T隨預定溫度TL
與目標溫度TS的設定而可有預定程度之變動。
此外，冷媒W2在連結管路500內的行進，除了溫差△T所產生的自然循環之外，仍可能需要受微動力驅動；本實施例中，安排第一空間Sp1高於第二空間Sp2，使二空間Sp1、Sp2具有高度差，冷媒W2受本身重力的推動即可達到連結管路500內的行進。又，在冷媒W2重力推動缺乏或不足的情況下，液冷媒泵浦107即可在第一、第三循環迴路L1、L3派上用場。請參閱第5圖，第一循環迴路L1中的冷媒W2依序通過壓縮機102、排熱單元104、冷媒控制液泵106、液冷媒儲槽400、液冷媒泵浦107、製冷器108、再回到壓縮機102。第三循環迴路L3，冷媒W2依序通過液冷媒泵浦107、製冷器108、儲冷庫300、與液冷媒儲槽400。
本發明的分體式儲能系統是以冷媒W2進行循環，而不同於傳統的冰水循環的供冷系統。假設在相同熱量(冷能)、溫差△T亦保持相對固定的情況下，僅考慮冷媒W2的相變焓值較水大，所運輸的冷媒W2的質量則相對減少，液冷媒泵浦107驅動冷媒W2的耗電量、比起驅動水的耗電量則大為降低，相對程度視冷媒W2的選取決定，亦能達到降低電力與電費的效果。
本發明之分體式儲能系統在離峰負載時段，啟動第二循環迴路L2的直膨式儲冷循環，將冷能以冰/水的液固相變的潛熱儲存在儲冷庫300之液固相變儲能介質儲庫302中；並於尖峰負載時段時，啟動第三循環迴路L3，對第二空間Sp2發生降溫。而第一循環迴路L1可在儲冷不足、或於離峰負載時段時尚需供冷時，輔助第二循環迴路L2而啟動，因此本發明分體式儲能系統可有效供/儲、與使用能源，並藉此可改善傳統市電尖峰、離峰負
載供電不均的問題，而且能夠彈性啟動第一循環迴路L1，根據時段配電可有效節省電力/電費，並避免過度擴增、節省電力投資。此外，由於本發明之分體式儲能系統能有效供/儲能源，相對於現有的電能儲存系統，不但大幅降低設備成本，更可進一步與綠能設備，如再生能源系統與電廠，配合使用。
此外，本發明之分體式儲能系統可應用於多個目標空間，各個目標空間內均配置至少一個製冷器108，因此分體式儲能系統則對應前述製冷器108設有數量相對應的液冷媒泵浦107。換句話說，單一液冷媒泵浦107所降低的電力與電費，亦可轉嫁給其他液冷媒泵浦107使用，以對其他的目標空間供冷。請參閱第6圖，本發明之分體式儲能系統應用的多個目標空間，其更包括一第三空間Sp3、一第四空間Sp4，以及更進一步相對配置的一製冷器1083、1084。直膨冷媒系統單元100可配置多個液冷媒泵浦1073、1074，以對應製冷器數量。液固相冷能儲存單元200維持預定溫度TL，根據各該目標空間Sp2、Sp3、Sp4所需要的目標溫度Ts、Ts3、Ts4，各液冷媒泵浦107、1073、1074可分別釋出不同質量之冷媒W2，藉此達到對不同的目標空間Sp2、Sp3、Sp4供冷。值得說明的是，對多個目標空間的供冷，可同時、也可各自啟動。因此，本發明之分體式儲能系統的另一功效則為：對單一目標空間有效降低的電力與電費，可轉嫁至對多個目標空間同時供冷；進而更充分且彈性運用能源與電力；其中，目標空間SpX可個別對應至液冷媒泵浦107X與製冷器108X。
請參閱第7圖，為本發明之分體式儲能方法，至少包括下列：步驟S120：準備前述的分體式儲能系統；步驟S140：使冷媒W2選擇性地行
進第二循環迴路L2或第三循環迴路L3；步驟S160：使冷媒W2行進第一循環迴路L1；以及步驟S180：判斷是否結束本方法。
其中，步驟S140更包括多個次步驟：步驟S142：判斷是否為尖峰負載時段，當確認為尖峰負載時段時則進入步驟S144，當確認為非尖峰負載時段時則進入步驟S146。其中：步驟S144為：使冷媒W2行進第三循環迴路L3；而步驟S146為：使冷媒W2行進第二循環迴路L2。
其中，步驟S160：更包括多個次步驟：步驟S162：判斷是否啟動第一循環迴路L1，當確認要啟動時則進入步驟S164，當確認不啟動時則回到步驟S140。其中：步驟S162中的是否啟動，可根據儲冷不足、或於離峰負載時段時尚需供冷時的原則做設定。步驟S164為：使冷媒W2行進第一循環迴路L1。
其中，步驟S180中，當確認要結束時則完成本方法，當確認不結束時則返回步驟S140。
本發明及其具體實施例係不侷限於上述例示，其概念透過申請專利範圍的概念與範疇下可為替代或變換。
Claims (10)
- 一種分體式儲能系統，包括：一直膨冷媒系統單元，依序具有一壓縮機、一排熱單元、一冷媒控制液泵、與至少一製冷器；一液固相冷能儲存單元，具有一儲冷庫與一液冷媒儲槽；該儲冷庫具有液固共存之一第一冷媒介質、該液冷媒儲槽內儲存呈液相之一第二冷媒介質；該第一、第二冷媒介質彼此獨立；該第二冷媒介質可通過該儲冷庫可進行液、氣相轉換；該液冷媒儲槽與該儲冷庫保持接近一預定溫度；以及複數連結管路，至少且分別連通該壓縮機至該排熱單元、該排熱單元至該冷媒控制液泵、該冷媒控制液泵至該液冷媒儲槽、該液冷媒儲槽至該製冷器、該製冷器至該壓縮機、以及該儲冷庫至該壓縮機與該製冷器；其中，該第二冷媒介質可行進一第一循環迴路、一第二循環迴路、一第三循環迴路的其中一循環迴路；該第一循環迴路從該壓縮機依序通過該排熱單元、該冷媒控制液泵、該液冷媒儲槽、該製冷器，再回到該壓縮機，作為直膨製冷循環；該第二循環迴路從該壓縮機依序通過該排熱單元、該冷媒控制液泵、該液冷媒儲槽、該儲冷庫，再回到該壓縮機，作為直膨式儲冷循環；該第三循環迴路從該液冷媒儲槽依序通過該製冷器、該儲冷庫，再回到該液冷媒儲槽，作為直膨式釋冷循環。
- 如請求項1之分體式儲能系統，其中，該第一、第二循環迴路可同時行進。
- 如請求項1之分體式儲能系統，其中：該排熱單元位於一第一空間；該製冷器位於一第二空間；該第一空間與該第二空間之間具有高度差，該第一空間高於該第二空間。
- 如請求項1之分體式儲能系統，其中：該液固相冷能儲存單元與該排熱單元共構於同一空間。
- 如請求項1之分體式儲能系統，其中：該儲冷庫具有一熱交換器與一液固相變儲能介質儲庫；該液固相變儲能介質儲庫供該第一冷媒介質液固共存，該熱交換器供該第二冷媒介質氣液共存。
- 如請求項5之分體式儲能系統，其中：該熱交換器與該液固相變儲能介質儲庫位於各自獨立之空間。
- 如請求項5之分體式儲能系統，其中：該直膨冷媒系統單元更包括至少一液冷媒泵浦；其中二該連結管路連接於該液冷媒儲槽、該液冷媒泵浦與該製冷器之間；其中，該第一循環迴路從該壓縮機依序通過該排熱單元、該冷媒控制液泵、該液冷媒儲槽、該液冷媒泵浦、該製冷器，再回到該壓縮機，作為直膨製冷循環；該第三循環迴路從該液冷媒儲槽依序通過該液冷媒泵浦、該製冷器、該儲冷庫，再回到該液冷媒儲槽，作為直膨式釋冷循環。
- 如請求項7之分體式儲能系統，其中：該製冷器與該液冷媒泵浦均呈複數，且該製冷器與該液冷媒泵浦個別對應連通；該排熱單元位於一第一空間；該等製冷器分配到至少一第二空間；該第一空間與該第二空間各自獨立。
- 如請求項7之分體式儲能系統，其中：該製冷器與該液冷媒泵浦均呈複數，且該製冷器與該液冷媒泵浦個別對應連通；該排熱單元位於一第一空間；該等製冷器個別分配到複數個第二空間；該第一空間與該等第二空間各自獨立。
- 一種分體式儲能方法，包括：(a)置備如請求項1之分體式儲能系統；以及(b)判斷是否為尖峰負載時段，使該第二冷媒介質選擇性地行進該第二循環迴路與該第三循環迴路之其中一循環。
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW105125834A TWI658238B (zh) | 2016-08-12 | 2016-08-12 | 分體式儲能系統及其方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| TW (1) | TWI658238B (zh) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0987502A2 (en) * | 1998-09-17 | 2000-03-22 | Hitachi, Ltd. | Ice thermal storage type air conditioner and ice thermal storage tank |
| JP2000171117A (ja) * | 1998-12-01 | 2000-06-23 | Daikin Ind Ltd | 冷凍装置 |
| JP2011052901A (ja) * | 2009-09-02 | 2011-03-17 | Mitsubishi Electric Corp | 氷蓄熱ユニット |
| WO2012114143A1 (en) * | 2011-02-25 | 2012-08-30 | Carrier Corporation | Air conditioning system with ice storage |
| CN104344479A (zh) * | 2013-07-23 | 2015-02-11 | 海信（山东）空调有限公司 | 一种蓄冷式节能空调系统及其运行方法 |
| CN205351601U (zh) * | 2015-12-18 | 2016-06-29 | 宁波奥克斯空调有限公司 | 错峰用电储能空调 |
-
2016
- 2016-08-12 TW TW105125834A patent/TWI658238B/zh not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0987502A2 (en) * | 1998-09-17 | 2000-03-22 | Hitachi, Ltd. | Ice thermal storage type air conditioner and ice thermal storage tank |
| JP2000171117A (ja) * | 1998-12-01 | 2000-06-23 | Daikin Ind Ltd | 冷凍装置 |
| JP2011052901A (ja) * | 2009-09-02 | 2011-03-17 | Mitsubishi Electric Corp | 氷蓄熱ユニット |
| WO2012114143A1 (en) * | 2011-02-25 | 2012-08-30 | Carrier Corporation | Air conditioning system with ice storage |
| CN104344479A (zh) * | 2013-07-23 | 2015-02-11 | 海信（山东）空调有限公司 | 一种蓄冷式节能空调系统及其运行方法 |
| CN205351601U (zh) * | 2015-12-18 | 2016-06-29 | 宁波奥克斯空调有限公司 | 错峰用电储能空调 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW201805575A (zh) | 2018-02-16 |
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| MM4A | Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees | ||
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