热能储存和取回系统及其方法技术方案

本发明专利技术在某些方面提供了一种热能储存和取回系统，其具有含工作流体的腔体和传热表面，所述传热表面横跨重力场设置在腔体中，且与由所述工作流体形成并漂浮在工作流体中的冰是热耦合的。传热表面将热量从与所述传热表面热耦合的传热介质传递到冰。根据本发明专利技术的各方面，其中冰的密度比工作流体小，传热表面设置在(相对于重力场)该冰形成的区域或入口的上方。根据本发明专利技术的各方面，其中冰的密度比工作流体大，传热表面设置在该区域的下方。传热表面设置在该区域的下方。传热表面设置在该区域的下方。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】热能储存和取回系统及其方法


[0001]本专利技术涉及一种利用相变物质的热能储存和取回系统及其方法。

技术介绍

[0002]储能是调节能源供应的重要能力。可再生能源往往是间歇性的，且相对于需求供应过少或过多动力。平衡能源供应需要一种机制来储存和回收能量。相变物质中的热能是一个有吸引力的选择，因为大量的热量可以储存在一个相对较小的体积中。然而，将物质包含在固相中并确保在蓄能/释能循环期间有足够的热量输入和输出固体物质是一个重大的工程挑战。热性能通常会随着储存的热能量和热循环次数的增加而降低。
[0003]本专利技术的目的是提供改进的系统和方法来储存和取回热能。
[0004]进一步的目的是提供能以低成本实施和操作的这种系统和方法。
[0005]本专利技术的更进一步的目的是提供耐用且能可靠操作的这种系统和方法。

技术实现思路

[0006]上述是本专利技术所达到的目的之一，本专利技术在某些方面提供了一种热能储存和取回系统，该系统具有含工作流体的腔体和传热表面，传热表面横向于重力场设置在腔体中并与由工作流体形成并漂浮在其中的冰是热耦合的。传热表面将热量从与传热表面热耦合的传热介质传给该冰。根据本专利技术的各方面，其中冰的密度比工作流体小，传热表面设置在(相对于重力场而言)形成冰的腔体区域或入口的上方。根据本专利技术的一些方面，其中冰的密度比工作流体大，传热表面设置在该区域的下方。
[0007]本专利技术的相关方面提供了系统和方法，例如，如上所述，其中传热介质是流体，比如，例如异丁烷。
[0008]本专利技术的进一步相关方面提供了系统和方法，例如，如上所述，其中传热介质流经传热表面以与冰进行热交换。根据本专利技术的一些方面，这可以通过传热表面的通道。
[0009]本专利技术的其他方面提供了系统和方法，例如，如上所述，其包括设置在外部但与腔体流体耦合的可泵送制冰机，以用工作流体制冰。可泵送制冰机可以从腔体的出口获取工作流体，并通过上述区域的腔体入口将所得的冰送入到腔体中。在本专利技术的相关方面，可泵送制冰机制成的冰作为冰和工作流体的浆液的一部分。
[0010]本专利技术的其他方面还提供了系统和方法，例如，如上所述，该系统和方法利用设置在腔体的横向于重力场的上述区域中的一块冷板来形成冰。在本专利技术的相关方面，该冷板可以被加热以松开积冰，从而将冰增层释放到腔体的工作流体中。
[0011]本专利技术的相关方面提供了系统和方法，例如，如上所述，其中工作流体是水。
[0012]本专利技术的其他方面还提供了系统和方法，例如，如上所述，其中，在冰的密度比工作流体小时，则传热表面设置在腔体中工作流体的表面下方，否则设置在腔体的底部上方。根据本专利技术的相关方面，传热表面包括至少一个凹面，以收集漂浮在工作流体中由工作流体形成的冰。如果冰的密度比工作流体小，这可以防止冰到达工作流体的表面，否则(即，如
果冰的密度更大)可以防止冰到达腔体的底部。
[0013]然而，本专利技术的其他方面提供了系统和方法，例如，如上所述，其能在(i)蓄能模式操作，其中冰在腔体内聚集，和(ii)在释能模式操作，其中来自传热介质的热量被传递给聚集的冰，以冷却传热介质并将冰转化为工作流体。
[0014]本专利技术的上述和其他方面在附图和本
技术实现思路
之后的讨论中是明显的。
附图说明
[0015]通过参照附图，可以获得对本专利技术更全面的了解，其中：
[0016]图1是本专利技术的一个实施例的剖视图，其中腔体通过外部泵供应固相物质；
[0017]图2是铝制微通道的视图，结构化物质可在本专利技术实施例中用作传热表面：
[0018]图3是系统流程图，示出在本专利技术实施例中储热器与外部固相泵和热源的连接；
[0019]图4是本专利技术实施例的剖视图，其中腔体由形成于冷凝表面的固相物质供应；
[0020]图5描述了在本专利技术实施例中在冷凝表面上形成固相物质的循环；以及
[0021]图6是系统流程图，示出在本专利技术实施例中图4的储热器与加热源和冷却源的互操作性。
具体实施方式
[0022]概述
[0023]根据本专利技术的储能系统消耗能量以将工作流体凝结为固体或“冰”的形态，随后利用所述冰从传热介质中提取热量。该系统利用重力和工作流体的流体和固体(冰、)形态的相对密度在腔体内移动冰，并在从传热介质中提取热量时，使熔化的冰与传热介质保持热接触。
[0024]作为非限制性示例，根据本专利技术的系统可应用于工业冷却、商业冷却和住宅冷却，其中在夜间和其他非高峰时段可用的多余电能可用于将工作流体凝结成冰，随后在高峰时段以冷却设备、物质或建筑物和住宅的环境空气。根据本专利技术的系统也可用于产生冰的应用场合，例如，用电能产生冰，同时用它来提取来自工业系统、商业系统和/或住宅系统的热量。
[0025]在实践中，根据本专利技术的系统具有包含工作流体的腔体；横跨腔体设置的传热表面，以收集冰并确保它从传热介质中吸收热量；以及由腔体中的工作流体形成冰的机制。下面的实施例中描述了两种这样的机制，不过，本专利技术还考虑了其他机制。在第一种机制中，固相物质或冰自用于冷凝工作流体的外部系统泵入腔体。(在这里以及在接下来的讨论中，工作流体的冰或固相的形成也称为“凝结”或“冷凝”)。在第二种机制中，工作流体被冷凝至腔体的表面。一旦产生了适量的固相物质，就通过稍微加热该表面将其放开。这个过程可以重复任何次数，以产生足够体积的固相物质。
[0026]在这两种机制中，传热表面被置于腔体中，且以如下方式被成形：(i)当固相在工作流体中向上或向下漂浮时(取决于工作流体及其冰的相对密度)，收集并包含固相；(ii)当固相熔化时，保持与之接触。在固相比腔体中周围的液态工作流体密度大的实施例中，传热表面位于固相形成部位或入口的下方。在固相密度较低处(例如，在水作为工作流体的实施例中就是如此)，传热表面位于固相形成部位或入口的上方。通过如此布置传热表面，例
如，使其表面呈杯状(或以其他方式提供凹面)，熔化的冰将保持与传热表面的连续接触，从而通过本领域已知的连续接触熔化过程提高传热率。
[0027]下面描述及在图中说明的是根据本专利技术的系统及其操作方法，其储存固相物质并吸收热能以将固相物质转化为液相。根据应用，这些系统可被操作以在吸收热能的同时在腔体中形成固相物质或不依赖于吸收热能的情况下(例如来自工业系统、商业系统和/或住宅系统)形成固相物质。
[0028]根据本专利技术的热能储存和取回系统的优点包括以低成本和在热源和储热系统之间的低温差吸收大量的热量。作为非限制性示例，这两个特点对于从热机中产生能源是可取的，因为热机需要排出与所产生的动力成比例的热量，并且这种热机的效率随着温差的减小而增加。
[0029]当与这种发动机结合使用时，根据本专利技术的系统最好理解为储存用于凝结固体物质的电能，然后释放该能量以增加热机的动力输出。按照热力学原理的要求，虽然这个过程的往返效率低于100％，但储热系统仍然实现了一个有价值的目的，即当电能的生产成本较低时，可以将其本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种热能储存和取回系统，包括含有工作流体的腔体，传热表面，其横向于重力场设置在所述腔体中且与由所述工作流体形成的并漂浮在工作流体中的冰是热耦合的，所述传热表面将来自于与所述传热表面热耦合的传热介质的热量传递给冰，在冰的密度比所述工作流体小时，所述传热表面相对于重力场布置成高于在腔体中形成冰的区域或入口，否则设置在所述区域下方。2.根据权利要求1所述的热能储存和取回系统，其中所述传热介质是流体。3.根据权利要求2所述的热能储存和取回系统，其中所述传热介质是异丁烷。4.根据权利要求2所述的热能储存和取回系统，其中所述传热介质流经所述传热表面以与所述冰热交换。5.根据权利要求4所述的热能储存和取回系统，其中所述传热表面包括一条或多条通道，传热介质流经所述通道与所述冰是热耦合的。6.根据权利要求1所述的热能储存和取回系统，包括可泵送制冰机，该可泵送制冰机设置在外部但与腔体流体耦合，所述可泵送制冰机将接受自所述腔体的出口的工作流体制成冰且并通过所述区域的入口将所述冰送入所述腔体。7.根据权利要求6所述的热能储存和取回系统，其中所述可泵送制冰机制做用作为冰和工作流体...

【专利技术属性】
技术研发人员：K，
申请(专利权)人：弗顿瓦特有限公司，
类型：发明
国别省市：