熱蓄能器組件及其監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及蓄能系統(tǒng)。更具體地，本發(fā)明涉及熱能儲(chǔ)存系統(tǒng)，其包括含有相變材料 的蓄能器（battery)組件及其監(jiān)控系統(tǒng)。更具體地，本發(fā)明涉及熱存儲(chǔ)器，其包括具有集成 的控制裝置的蓄能器組件，該集成控制裝置用于管理由蓄能器組件提供的熱能。
【背景技術(shù)】
[0002] 市面上有很多加熱和冷卻系統(tǒng)，并且這些系統(tǒng)很多是依靠礦物燃料的。隨著對(duì)于 更環(huán)保的系統(tǒng)的需求不斷增加，各種基于陽(yáng)光或水的替代系統(tǒng)已被提出，例如光伏、太陽(yáng)熱 能發(fā)電機(jī)、水力發(fā)電、波浪發(fā)電以及生物燃料。
[0003] 對(duì)于所有太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的可再生能量轉(zhuǎn)換設(shè)備、部分水驅(qū)動(dòng)設(shè)備、以及風(fēng)力渦輪機(jī) 而言，一個(gè)普遍議題在于這些設(shè)備不能"按需立即"運(yùn)行，因?yàn)殛?yáng)光不會(huì)總是燦爛，海浪不會(huì) 總是洶涌，風(fēng)不會(huì)總是刮起。這意味著，有時(shí)候這些所謂的間歇性可再生資源可以發(fā)電，但 是這些電不容易并入相應(yīng)的本地電網(wǎng)，就這個(gè)問題已經(jīng)提出了若干儲(chǔ)存方案。
[0004] 國(guó)際公布專利WO 2009/138771提出了一種熱能儲(chǔ)存系統(tǒng)，在可行的時(shí)段，其將間 歇性可再生資源產(chǎn)生的剩余電能轉(zhuǎn)化為熱能或冷能，將轉(zhuǎn)化所得的熱能或冷能儲(chǔ)存在熱存 儲(chǔ)器中，然后使用相變材料（PCMs)，通過(guò)其固有的固-液相變特性進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，使其能夠 成為按需立即使用的熱能或冷能。
[0005] 在已知的熱能儲(chǔ)存系統(tǒng)中，包括含有相變材料的熱蓄能器，位于各個(gè)蓄能器內(nèi)的 相變材料，在其最活躍的蓄能相與最活躍的釋能相之間，從固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)，反之亦然，期 間溫度變化范圍約為6°C。迄今為止，只能通過(guò)在蓄能器內(nèi)使用大量溫度傳感器，來(lái)預(yù)測(cè)這 種蓄能器的蓄能狀態(tài)，這樣既不實(shí)用也不劃算。
[0006] 在實(shí)際應(yīng)用中，特別是在高要求、商用或工業(yè)用的情況下，具有可測(cè)定效率的措 施、包括相變材料的熱能儲(chǔ)存系統(tǒng)將會(huì)相當(dāng)受歡迎來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)能量?jī)?chǔ)量的有效預(yù)測(cè)，以實(shí)現(xiàn) 規(guī)劃和能量管理的目的。
[0007] 本發(fā)明的至少一個(gè)方面的目的在于，提供一種熱儲(chǔ)存系統(tǒng)，其具有集成的用于提 供剩余能量測(cè)量的裝置。
[0008] 本發(fā)明的至少一個(gè)方面的目的在于，提供一種熱儲(chǔ)存系統(tǒng)，其具有集成的用于有 效地為組件內(nèi)的蓄能器蓄能的裝置。
[0009] 本發(fā)明的至少一個(gè)方面的目的在于，提供一種熱儲(chǔ)存系統(tǒng)，其具有集成的用于預(yù) 測(cè)組件內(nèi)的蓄能器蓄能狀態(tài)的裝置。
[0010] 本發(fā)明的至少一個(gè)方面的目的在于，提供一種熱儲(chǔ)存系統(tǒng)，其具有集成的用于確 定組件內(nèi)的蓄能器的相對(duì)能量水平的裝置。
[0011] 本發(fā)明的至少一個(gè)方面的目的在于，提供一種熱儲(chǔ)存系統(tǒng)，其具有集成的為組件 內(nèi)的蓄能器提供針對(duì)過(guò)度增壓的保護(hù)的裝置。本申請(qǐng)人研發(fā)了具備新穎性和創(chuàng)造性的熱儲(chǔ) 存系統(tǒng)，其包括具有內(nèi)部換熱器和PCMs的熱蓄能器，其中所述系統(tǒng)包括集成的用于提供各 種控制測(cè)量的裝置，控制測(cè)量包括：整個(gè)系統(tǒng)能量效率的測(cè)量；蓄能器蓄能效率的測(cè)量；蓄 能器內(nèi)相對(duì)能量水平的測(cè)量；并且其中所述系統(tǒng)為所述蓄能器提供針對(duì)過(guò)度增壓的保護(hù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本申請(qǐng)人研發(fā)了具備新穎性和創(chuàng)造性的熱儲(chǔ)存系統(tǒng)，其包括具有內(nèi)部換熱器和 PCMs的熱蓄能器。
[0013] 由此本發(fā)明提供了一種包括熱能存儲(chǔ)器的熱儲(chǔ)存系統(tǒng)，該熱能存儲(chǔ)器含有單個(gè)或 多個(gè)具有內(nèi)部換熱器和相變材料的蓄能器箱體，以及用于控制所述熱能存儲(chǔ)器運(yùn)行的裝 置，其中每個(gè)所述蓄能器箱體各自包含蓄能器，該蓄能器包括一個(gè)或多個(gè)固定在所述箱體 內(nèi)的換熱器、相變材料和防止所述蓄能器過(guò)度增壓的保護(hù)裝置，以及其中所述控制裝置設(shè) 置有一個(gè)或多個(gè)用于測(cè)量溫度、和/或壓力、和/或系統(tǒng)內(nèi)一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)的功率的傳感器。
[0014] 該控制裝置可以是集成的系統(tǒng)控制器。
[0015] 該控制裝置可適用于通過(guò)一個(gè)或多個(gè)功率傳感器，提供所述系統(tǒng)的蓄能和釋能回 路流量的測(cè)量。
[0016] 該控制裝置可適用于通過(guò)一個(gè)或多個(gè)輸入溫度傳感器以及一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)流閥，為 組件內(nèi)的各個(gè)蓄能器提供有效蓄能的裝置。
[0017] 該控制裝置可適用于通過(guò)所述一個(gè)或多個(gè)輸入溫度傳感器，提供所述系統(tǒng)內(nèi)以及 整個(gè)蓄能器組件的各個(gè)蓄能器的所儲(chǔ)存的能量、以及輸入功率的測(cè)量。
[0018] 該控制裝置可適用于通過(guò)一個(gè)或多個(gè)輸出溫度傳感器，提供釋能期間組件內(nèi)的各 個(gè)蓄能器所配給的能量、以及各個(gè)所述蓄能器內(nèi)的剩余能量的測(cè)度。
[0019] 通過(guò)提供密封的蓄能器箱體，保護(hù)系統(tǒng)內(nèi)的相變材料免于與外界污染物或降解成 分接觸。
[0020] 該蓄能器箱體可由金屬、合金、塑料、復(fù)合夾層或復(fù)合材料構(gòu)成。
[0021] 該蓄能器箱體可抵受0· Obar至4. Obar的內(nèi)壓。
[0022] 多個(gè)蓄能器箱體可堆疊在一起，無(wú)需中間支承物。
[0023] 換熱器可集成有加載換熱器和卸載換熱器，其固定在蓄能器內(nèi)，并且其中每個(gè)換 熱器與每個(gè)蓄能器箱體的接觸面積最小化。
[0024] 該蓄能器箱體可包括防止過(guò)度增壓的保護(hù)裝置，其通過(guò)一個(gè)或多個(gè)減壓閥、或一 個(gè)或多個(gè)壓力爆破片完成。
[0025] 該相變材料可應(yīng)用于蓄能器內(nèi)，以在0°C至100°C溫度范圍內(nèi)具有固態(tài)向液態(tài)的 相變，并且其中所述相變材料的有效范圍在4至8度的溫差之間。
[0026] 該系統(tǒng)可包括相變材料膨脹管理裝置，其中所述裝置有效連接至隔汽層，以及減 壓閥，或者爆破片組件。
[0027] 對(duì)于所述組件內(nèi)的各個(gè)蓄能器，該系統(tǒng)可包括相變材料膨脹管理的裝置，該裝置 由外容積補(bǔ)償或內(nèi)容積補(bǔ)償裝置構(gòu)成，或者由增壓箱設(shè)計(jì)裝置構(gòu)成，并且其中所述裝置有 效連接至隔汽層，以及減壓閥，或者爆破片組件。
[0028] 該系統(tǒng)可額外包括用于確定系統(tǒng)內(nèi)的任意每個(gè)蓄能器（8)的能量輸入和輸出、以 及余量的裝置，其通過(guò)確定Q IN、0_和Q。的一系列傳感器來(lái)完成，其中：
[0029] Qin= [ Σ (F ! X P ! X Cp1) X (T5-T4) ] /3600 ;以及
[0030] Q〇N = [ Σ (F。X P。X Cp。）X (T10-T9) ] /3600 ;以及
[0031] Qn= Q N JQin_ Qon;以及
[0032] 其中
[0033] Qin =最后一次蓄能周期輸入蓄能器的能量；
[0034] Qi3n =最后一次蓄能周期從蓄能器輸出的能量；
[0035] Qn =蓄能器內(nèi)現(xiàn)存能量；
[0036] Qn i =本次統(tǒng)計(jì)之前蓄能器所儲(chǔ)存的能量；
[0037] F1 =蓄能回路流量；
[0038] F。=釋能回路流量；
[0039] P1 =蓄能回路流體密度；
[0040] P。=釋能回路流體密度；
[0041] Cp1 =蓄能回路流體比熱容；
[0042] Cp。=釋能回路流體比熱容；
[0043] Tcft=蓄能器X的蓄能回路流體溫度；
[0044] Tcrt=蓄能器X的蓄能回路回流溫度；
[0045] Tdft=蓄能器X的釋能回路流體溫度；以及
[0046] Tdrt=蓄能器X的釋能回路回流溫度。
[0047] 該控制系統(tǒng)可適用于通過(guò)下列算法，提供用于確定系統(tǒng)內(nèi)蓄能器狀態(tài)的裝置：
[0048] a)如果Qin= 1并且δ F彡P(guān) L1或者Q IN= 1并且P BC彡P(guān) A，那么：
[0049] -蓄能器箱體漏氣
[0050] -激活相應(yīng)的警報(bào)/警告
[0051] -將此蓄能器置于備用狀態(tài)，即停止蓄能
[0052] b)如果（Qin= 1并且δ F彡P(guān) L2)或者Qin= 1并且P BC彡P(guān) L3,那么：
[0053] -蓄能器箱體壓力超過(guò)運(yùn)行上限
[0054] -激活相應(yīng)的警報(bào)/警告
[0055] -將此蓄能器置于備用狀態(tài)，即停止蓄能
[0056] c)如果（Qin= 0 并且 T BC< T E)，那么：
[0057] -將此蓄能器置于蓄能狀態(tài)Q = 1，即開始蓄能
[0058] -SOC = 0
[0059] d)如果（Qin= 1并且δ T彡T L2)或者Qin= 1并且T BC彡T L3,那么：
[0060] -蓄能器箱體溫度超過(guò)運(yùn)行上限
[0061] -激活相應(yīng)的警報(bào)/警告
[0062] -將此蓄能器置于備用狀態(tài)，即停止蓄能
[0063] e)如果 P趨彡 ABS( δ F)彡 P AB2或者 P A彡 P BC< P B或者 T T BC< T F或者 K ABS ( δ T)彡T EF2，那么蓄能器在AB區(qū)間內(nèi)運(yùn)行（見圖6 (a))，相應(yīng)地在EF區(qū)間內(nèi)運(yùn) 行（見圖6(b))
[0064] SOC = 100 · mPCM · Cps · δ Ts/Etot
[0065] f)如果 PBC1< ABS( δ F)彡 P BC2或者 P P BC<