能量存储系统技术方案

本发明专利技术涉及能量存储系统。在此说明了多种能量存储系统。更具体地说，在此说明了多种热能存储系统以及能量存储材料(如相转变材料)在例如家庭住宅中提供加热和/或冷却系统中的用途。

【技术实现步骤摘要】
能量存储系统本申请是申请日为2010年11月16日，申请号为201080060440.6，专利技术名称为“能量存储系统”的申请的分案申请。
本专利技术涉及能量存储系统。更具体地说，本专利技术涉及热能存储系统以及能量存储材料(如相转变材料)在例如家庭住宅中提供加热和/或冷却系统中的用途。专利技术背景尽管市面上有很多取暖和冷却系统，但是这些现有技术的系统都受到效率问题的影响并且运行费用昂贵。现有技术的系统还趋向于依赖对环境不友好的化石燃料。空间加热(“热量”)和热水是全世界的家庭、办公室、工厂、宾馆、商店等需要的设施。最近的一般做法是通过在加热元件中燃烧可储存的能源(例如，石油、天然气等)或使用电能(通常由天然气或煤产生)来按需提供这种加热。在世界上的大部分城市中，都是以集中式设施进行燃料存储(例如，天然气贮存罐、发电厂中的煤堆)，并且通过分配网络按需传输给用户(例如，煤气管道、电线等)。现代燃气或燃油冷凝式锅炉以超过90％的效率将燃油或燃气转化为热。电元件几乎以100％的效率运作。表面上这看起来更好，然而大部分电都是以大约仅30％的效率从燃气、燃油或煤产生的。所以追溯到原始燃料，电加热只有大约30％的效率。通常，所存储的燃料(煤、燃油、燃气)都是化石燃料。这些是方便的“化石阳光”存储器。它们的能量都是通过植物的光合作用而源自太阳，而植物最终被埋在地下。这些植物积累了几百万年，但是我们几百年就将把它们烧光。因此在继续使用这些化石燃料时，我们面对的主要问题是：它们会在可预见的时间范围内耗尽(燃油在几十年内，而燃气和煤在几百年内)。在它们耗尽之前的较长时间中，一旦它们经过了产量高峰，价格就会快速上涨。在它们的形成过程中，大量的大气CO2被固化在土地中。我们以极具增长的速率将这种CO2释放回大气中。结果是气候变化，其潜在的灾难性后果是丧失行星生物多样性和人类的栖息地(水资源短缺、沙漠化和海平面上升)。提出了很多方法来减少甚至最终消除对化石燃料的依赖。实质上，它们都是视图将能源从远古的化石阳光移动到当前的阳光，只是直接程度各有不同。对于加热和冷却应用，热泵可用于移动和集中自然存在的或废弃的热能。需要电能来驱动热泵。由太阳驱动的无化石能源包括：将太阳光转化为电的光伏器件，对于有成本效益的面板而言具有低于10％到高于20％的效率。太阳能热力发电厂集中太阳光以加热一种驱动发电机的工作流体。它们必须位于太阳光高直射的地区，例如沙漠。它们因此是唯一真正适于产生电网电力的。风力涡轮机利用风，风源自驱动大量空气的太阳能。在允许共同定位发电和使用的这一点上，良好的风力资源十分稀有。水电利用从高处流到低处的水的重力势能。除了在世界上极少地区，水电无法满足对电网电力的大量需求。修建大型水库的地址是更有限的，并且在淹没大面积地区方面还可能存在人类和生物多样性的问题。波浪发电使用主要由风对海的作用而产生的波浪。继而，风是由太阳驱动的。生物燃料：木材可以在热电站中按照与煤相同的方式直接燃烧。可以处理各种各样的原料来生产液体或气体燃料。无论是使用玉米、菜籽油、锯齿草、动物粪便还是使用烹调油，其中的能量都是来自当前的阳光。然而，存在着对在食物与生物燃料作物生产之间的竞争的重大担忧，以及在生物燃料作物与天然生物多样性土地之间的竞争(例如，破坏丛林来生产棕榈油)的重大担忧。可以看出，除生物燃料和某些水电之外，太阳能驱动的可再生能源转换装置不能按需操作(或者以发电行业的术语来说，它们不是“可调度的”)：当阳光照射时、当有风时、当海浪高时，它们的能量才会出现。可用的能量是能够以天、周、月或年为度量来进行统计学预测的，然而电网需要以分钟、刻或半小时的水平来平衡。存储电能很难。目前，电网几乎不包括存储器，它们是实时平衡的。水电水库提供了一种存储电的机会。当电网上存在过剩的电时，可利用过剩的电将水从较低水位泵送到较高的水库，因此将电能以移动到高处的水的重力势能的形式存储。当电网电力短缺时，就让这些水向下流动经过涡轮机并且重新发电。这个过程是90％的效率，但是合适的抽水蓄能水电站位置很稀少。作为本专利技术的一个应用而提出的另一种途径是，当电是可用的时，未来自间歇性可再生能源的过剩的电能转化为热或冷，将热或冷存储在热能存储器中，然后按照需求使其成为可用的热和冷。热能存储技术将(例如来自活动的太阳能收集器)热存储在一个绝热储藏室中，该储藏室随后用于空间加热、生活热水或过程热水、或者用来发电。最实用的活动的太阳能加热系统收集了几小时到一天量值的热。还有少量但数量不断增加的季节性热能存储器，用于存储夏天的热以供冬天使用。先前已经将相转变材料用于使用固液相转变的热能存储装置。由于当材料处于气相时，需要大体积和高压力来存储这些材料，所以液气相转变材料作为热能存储器通常不实用。最初，固液相转变材料像常规的存储材料一样，它们随着吸热而升温。然而，与常规的存储材料不同，当相转变材料达到它们的相转变温度(它们的熔点)时，它们大量吸热而温度上升不显著。当液体材料周围的环境温度降低时，相转变材料固化，释放其存储的潜热。在20°到30℃的人类舒适范围内，一些相转变材料非常有效。与如水、砖石或岩石等的常规存储材料相比，它们可以储存每单位体积多5到14倍的热。相转变材料可以大致地归为两类：有机化合物(如蜡、植物提取物、聚乙二醇)和基于盐的产品(如硫酸钠)。最常用的相转变材料是盐水合物、脂肪酸和酯、已经各种石蜡(如十八烷)。最近，还研究离子液体作为相转变材料。由于大部分有机溶剂都是不含水的，所以它们可以暴露于空气中，但是所有的盐基相转变材料溶液都必须封装以防止水分蒸发。这两种类型对于某些应用都具有优点和缺点。共融合金盐是一类相转变材料，自从19世纪晚期以来也被用作一种热存储应用的媒介。它们已经应用于多样的用途，如铁路和公路应用的冷藏运输，因此它们的物理性能都是众所周知的。相转变材料技术提供的温度范围就介质和高温能量存储用途而言开辟了用于建筑物服务和制冷工程的新领域。这些热能用途的范围很广，如太阳能加热、热水、排斥加热、空气调节和热能存储用途。然而，实际使用相转变材料有诸多问题，包括达到适当的热传出和传入率以及可接受的热力学效率水平。本专利技术的至少一方面的目的是消除或至少减轻一个或多个以上提及的问题。本专利技术的又一目的是提供一种改善的热能存储器。本专利技术的又一目的是提供一种包含相转变材料的加热和/或冷却系统。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供了一种加热和/或冷却系统，该加热和/或冷却系统包括：一种热能来源；以及一系列包含热能存储材料的库；其中该一系列库中的这些热能存储材料能够在不同温度存储和/或释放能量。加热和/或冷却系统可以形成一个热能存储器的一部分或在其中包括一个热能存储器。根据本专利技术的第二方面，提供了一种热能存储器，该热能存储器能够在一个或多个温度范围内从至少一个热能来源接受和/或存储热能、和/或释放热能到至少一个散热器，所述热能存储器包括：一个或更多个热能存储库的一种构造，每个所述热能存储库具有一个工作温度范围；这些热能存储库中的至少一个或多个能够包含适当的量和类型的热能存储材料，该热能存储材料包括一种单一材料或多种材料的一个混合物；其中在至少一个库中的所述热能存储材料包含一个或多个种类本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种组合式热能存储器和热能收集器和/或辐射器设备：其中一个单库式或多库式相转变材料热存储器被集成到该热能收集器和/或辐射器中；其中所集成的热能收集器的工作温度是由以下各项中的至少一项调节的：相转变材料熔点的选择；与该热能收集器直接集成的相转变材料的量；该设备中热量传递流体的流速。

【技术特征摘要】
2009.11.16 GB 0919934.01.一种组合式热能存储器和热能收集器设备：其中一个单库式或多库式相转变材料热能存储器被集成到该热能收集器中；其中所集成的热能收集器的工作温度是由以下各项中的至少一项调节的：相转变材料熔点的选择；与该热能收集器直接集成的相转变材料的量；该设备中热量传递流体的流速；其中该热能收集器是一个真空管收集器，该真空管收集器包括一个或多个真空管；其中每个真空管包括一个外部玻璃管、一个内部狭长收集器板和一个热管或组合式平板热管，以将热运载到该真空管的一端；其中来自该真空管收集器的热管延伸穿过或通过至少一个相转变材料库，该热管经由换热装置与该至少一个相转变材料库至少在某些时候处于热接触。2.如权利要求1所述的组合式热能存储器和热能收集器设备，其中该热能收集器是一个太阳能收集器，并且该热能存储器包括一个或多个相转变材料或相转变复合物的库，这些库具有一个运载热量传递流体的管件。3.如权利要求1所述的组合式热能存储器和热能收集器设备，其中该热能收集器是一个太阳能收集器，并且该热能存储器包括一个或多个相转变材料或相转变复合物的库，这些库具有一个带有或不带有多个鳍片的热管，这些鳍片嵌入该热能存储器中或接触该热能存储器。4.如权利要求1-3中任何一项所述的组合式热能存储器和热能收集器设备，其中该热能存储器包括以下各项中的至少一个：至少一种相转变材料复合物，包含一种包括但不限于碳的导电增强材料或多个内部金属鳍片的一种布置；至少一种组合或涂覆有一种选择性吸收材料的相转变材料或相转变材料复合物，该选择性吸收材料包括但不限于TiNOX；至少一种相转变材料或相转变材料复合物，其封闭在由材料制成的一个薄壁盒中，该材料包括但不限于金属或者塑料或橡胶的柔性材料。5.如权利要求3所述的组合式热能存储器和热能收集器设备，其中该热管或这些热管在穿入或穿出该相转变材料之前或之后使一种流动的热量传递流体通过；其中热量传递流体的流动是可变的。6.如前述权利要求3和5中任何一项所述的组合式热能存储器和热能收集器设备，其中该热管或这些热管是由一个二极管控制的或是可切换的。7.如前述权利要求1、2、3和5中任何一项所述的组合式热能存储器和热能收集器设备，其中一个多库式相转变材料系统的这些库是沿着一个热管以熔点逐渐升高或逐渐降低的顺序来布置的。8.如前述权利要求1、2、3和5中任何一项所述的组合式热能存储器和热能收集器设备，其中该设备是基于以下各项中的至少一项而放置在不同的位置和角度以优化热收集：该设备中的至少一种相转变材料的熔化温度；本年的时间；太阳的位置。9.如前述权利要求1、2、3和5中任何一项所述的组合式热能存储器和热能收集器设备，其中该设备包括一组热能收集器和热能存储器，每个热能收集器和热能存储器包含至少一个共享控制逻辑和热量传递流体的泵，其中该控制逻辑基于这些热能存储器和这些热能收集器的当前状态和对热的需求通过总体上控制多个泵来优化整个系统的热量传递流体的流动。10.如前述权利要求1、2、3和5中任何一项所述的组合式热能存储器和热能收集器设备，其中该设备合并了一个或多个热电装置，该热电装置：当一个热管中的温度超过至少一个给定的相转变材料库中的温度时产生电；或在其他时候起着热泵的作用以加热一个给定的库，前提是一个热管中的温度在那个时候低于所述给定的库中的温度。11.如前述权利要求1、2、3和5中任何一项所述的组合式热能存储器和...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰·菲尔德，安德鲁·比塞尔，
申请(专利权)人：苏纳珀有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB