用于储存热能的多温位热泵制造技术

根据本发明专利技术的某些方面，热泵包括第一取热单元和第二取热单元，以分别在第一温度范围内和第二温度范围内从第一热源和第二热源中提取热量，其中所述第二温度范围平均高于所述第一温度范围。流体通道限定了流动路径，所述工作流体通过所述流动路径从所述第一取热单元连续流动到所述第二取热单元再到储热单元。减压级联接到所述通道，并串联地设置在所述储热器和所述第一取热单元之间的流体回路上。此外，压缩机或回热器(或两者)联接到通道，并设置在所述第一取热单元和所述第二取热单元之间的流体回路上。间的流体回路上。间的流体回路上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于储存热能的多温位热泵


[0001]本专利技术涉及一种多温位热泵，其产生用于热能储存的高温热能。

技术介绍

[0002]能量储存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的动力。均衡能源产出需要一种机制来储存和回收能量。例如，由于大量的光伏电池，白天往往有丰富的电能可用。此外，日间提供了在各种温度下收集热量的机会。但不是所有的热源都是一样的。用于收集一个单位热量的单位经济性会随着温度大幅变化。例如，在室温下收集热量是相对便宜的。然而，从聚光太阳能中获取高温热量在技术上是可行的，但要昂贵得多。
[0003]热泵是一种从温度热源和电能产生高温热能的有效手段。传统的热泵循环包括以下步骤：(a)通过蒸发工作流体从低温储热体中提取热量，(b)压缩工作流体以提高温度，(c)通过释放高温热量将流体冷凝回液态，以及(d)用膨胀阀将压力降低到初始值。
[0004]虽然传统的热泵对提供室内供暖很有效，但将其用于太阳能集热有几个挑战：
[0005]a.组合式热泵
‑
热机循环的效率远低于100％，这使得能源储存的经济性不友好；
[0006]b.大的温度范围通常需要大的压力比，这需要昂贵的多级压缩；
[0007]c.在传统热泵中，集热和排热是恒温过程，但热源和储热装置通常更适合在大温度范围内吸收和排放热量。
[0008]在现有技术中已经描述了用于能量储存的热泵的几种构造。太阳能辅助热泵开发于20世纪70年代，且最近被Aktas等人的“设计带有改进热能储存单元的新型太阳能辅助热泵系统”，电力与能源杂志，机械工程师协会论文集A部分，2019年5月(“Designing a novel solar
‑
assisted heat pump system with modification of a thermal energy storage unit，”Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers Part A Journal of Power and Energy，May，2019.)改进。它由太阳能集热器和热泵的并联运行或太阳能集热器和热泵的串联运行组成。在这两种情况下，均未尝试从非重叠的温度范围内提取热量。
[0009]在专利公开文件EP2241737B1中，Hemrle等人描述了一种储热系统，该系统将热量从单个低温储热器泵送到在两个储热器之间转移的储热液体。
[0010]在专利US10288357中，Laughlin等人描述了一种能量储存和获取系统，该系统在冷侧储热器和热侧储热器之间泵送热量，并在放热循环期间使用热侧储热器和外部热源的组合。
[0011]鉴于上述内容，本专利技术的目的是提供改进的热泵及其操作方法。
[0012]本专利技术的另一目的是提供这样的热泵和方法，其可以有效地用于从不同温度的多能源收集能量。
[0013]本专利技术的又一目的是提供这样的热泵和方法，其可以有效地用于从太阳能或其它高温能源收集能量。

技术实现思路

[0014]上述是本专利技术所实现的目的之一，这在某些方面提供了一种热泵，该热泵包括第一取热单元，其在工作流体和第一热源之间提供热耦合，以在第一温度范围内从第一热源中提取热量；第二取热单元，其在所述工作流体和第二热源之间提供热耦合，以在第二温度范围内从第二热源中提取热量；以及储热器。第二温度范围平均比第一温度范围高。通道联接到所述第一取热单元、所述第二取热单元和所述储热器的通道限定出工作流体通过其中的流体回路。连续地从第一取热单元到第二取热单元直至储热单元的流动，可以直接地从每个这样的单元直接地或间接地(例如，通过一个或多个中间单元)到下一个单元。减压级联接到通道，并串联地设置在储热单元和第一取热单元之间的流体回路上。此外，压缩机或回热器(或两者)联接至通道，并设置在第一取热单元和第二取热单元之间的流体回路上。
[0015]本专利技术的相关方面提供了一种热泵，例如，如上所述，其中第一和第二温度范围是不同的，即不重叠的。
[0016]本专利技术的其它相关方面提供了一种热泵，例如，如上所述，它包括上述回热器和上述压缩机二者，且其中回热器设置在流体回路上，以从离开储热器的工作流体中提取热量，并将该热量转移到离开第一取热单元的工作流体。
[0017]本专利技术的又一其它相关方面提供了一种热泵，例如，如上所述，其中，第一压缩机设置在第二取热单元下游的流体回路上。根据本专利技术的另一相关方面，第一压缩机设置在第二取热单元上游的流体回路上。
[0018]本专利技术的再一其它相关方面还提供了一种热泵，例如，如上所述，其中工作流体是C6K全氟酮、丙烷、丁烷、异丁烷、丁烯、戊烷、异戊烷、新戊烷、D4(八甲基环四硅氧烷)、D5(十甲基环五硅氧烷)、D6(十二甲基环六硅氧烷)、MDM(八甲基三硅氧烷)、MD2M(十甲基四硅氧烷)、MD3M(十二甲基五硅氧烷)、MD4M(十四甲基六硅氧烷)或其它碳氢化合物、全氟化碳、全氟酮、氢氟烃、氢氟烯烃或硅氧烷。
[0019]本专利技术的其它相关方面提供了一种热泵，例如，如上所述，其中回热器是以逆流运行的翅片管回热器。
[0020]本专利技术的又一其它相关方面提供了一种热泵，例如，如上所述，其中第一热源和第一取热单元中的工作流体之间的热耦合导致工作流体蒸发和/或向该流体提供蒸发能量。
[0021]本专利技术的其它相关方面提供了一种热泵，例如，如上所述，包括一个或多个附加的取热单元，这些取热单元联接至通道，且工作流体在第二取热单元和储热器之间流经附加的取热单元。
[0022]本专利技术的再一其它相关方面提供了一种热泵，例如，如上所述，可在蓄热循环中运行以将热能存入储热器中，并可在放热循环中运行以将热能从储热器中移除。
[0023]本专利技术的又一其它相关方面还提供了一种热泵，例如，如上所述，其中第一取热单元包括热交换器，该热交换器将来自低温热源的热量传递给工作流体。
[0024]本专利技术的其它相关方面提供了一种热泵，例如，如上所述，其中低温热源提供足够的热能以蒸发工作流体。
[0025]本专利技术的再一其它相关方面提供了一种热泵，例如，如上所述，其中低温热源是来自工业过程的废热、来自环境的热能和从太阳热能热能收集的热水中的任何一种。
[0026]本专利技术的其它相关方面提供了一种热泵，例如，如上所述，其中工作流体是C6K全
氟酮、丙烷、丁烷、异丁烷、丁烯、戊烷、异戊烷、新戊烷、D4、D5、D6、MDM、MD2M、MD3M、MD4M或其它碳氢化合物、全氟化碳、全氟酮、氢氟烃、氢氟烯烃或硅氧烷。
[0027]本专利技术的再一其它相关方面提供了一种热泵，例如，如上所述，其中第二取热单元提供了由第二热源直接和间接加热工作流体的任何一种。
[0028]本专利技术的又一其它相关方面提供了一种热泵，例如，如上所述，其中第二取热单元包括热交换器，该热交换器将来自第二热源的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种热泵，包括A.第一取热单元，其在工作流体和第一热源之间提供热耦合，以在第一温度范围内从第一热源中提取热量，B.第二取热单元，其在所述工作流体和第二热源之间实现热耦合，以在平均高于所述第一温度范围的第二温度范围内从第二热源中提取热量，C.储热器，D.通道，其联接到所述第一取热单元、所述第二取热单元和所述储热器，所述通道限定出流体回路，所述工作流体依序经所述流体回路直接或间接地从所述第一取热单元流动至所述第二取热单元直至所述储热器，E.减压级，其联接至所述通道、并串联地设置于在所述储热器和所述第一取热单元之间的流体回路，F.第一压缩机和回热器中的至少一者，其联接至所述通道并设置于在所述第一取热单元和所述第二取热单元之间的流体回路。2.根据权利要求1所述的热泵，其中，所述第一温度范围和所述第二温度范围是不重叠的。3.根据权利要求1所述的热泵，包括所述回热器和所述第一压缩机两者，其中所述回热器设置于所述流体回路，以从离开储热器的工作流体提取热量并将所述热量转移到离开所述第一取热单元的工作流体。4.根据权利要求3所述的热泵，其中所述第一压缩机设置于所述第二取热单元下游的流体回路。5.根据权利要求3和4中任一项所述的热泵，其中工作流体是C6K全氟酮、丙烷、丁烷、异丁烷、丁烯、戊烷、异戊烷、新戊烷、D4、D5、D6、MDM、MD2M、MD3M、MD4M或其它碳氢化合物、全氟化碳、全氟酮、氢氟烃、氢氟烯烃或硅氧烷中的任一者。6.根据权利要求3所述的热泵，其中所述回热器是以逆流运行的翅片管热交换器。7.根据权利要求1所述的热泵，其中所述第一取热单元中的热耦合向工作流体提供蒸发的能量。8.根据权利要求1所述的热泵，包括一个或多个附加的取热单元，它们联接至所述通道，且所述工作流体在所述第二取热单元和所述储热器之间流经该附加的取热单元。9.根据权利要求1所述的热泵，其能在蓄热循环中运行以将热能存入所述储热器，且能在放热循环中运行以将热能从所述储热器中移出。10.根据权利要求1所述的热泵，其中所述第一取热单元包括将来自低温热源的热量转移到所述工作流体的热交换器。11.根据权利要求10所述的热泵，其中所述低温热源提供足够的热能以蒸发所述工作流体...

【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：