用于熱能循環(huán)的方法和用于工業(yè)與商業(yè)點(diǎn)之間的熱交換的環(huán)路系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種系統(tǒng)，其能夠使用環(huán)路進(jìn)行熱交換，在環(huán)路中熱傳遞流體在多個(gè)工業(yè)的和商業(yè)的地點(diǎn)之間循環(huán)，其中每個(gè)地點(diǎn)可以是產(chǎn)生體和/或消耗體，以便于在地區(qū)范圍上減少能量成本。本發(fā)明也涉及在地區(qū)范圍上使用環(huán)路用于熱能共享的方法，環(huán)路連接至少一個(gè)消耗熱能的地點(diǎn)和至少一個(gè)產(chǎn)生熱能的地點(diǎn)，并且其中熱傳遞流體進(jìn)行循環(huán)。
【專利說明】用于熱能循環(huán)的方法和用于工業(yè)與商業(yè)點(diǎn)之間的熱交換的環(huán)路系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及熱交換和熱分配系統(tǒng)的【技術(shù)領(lǐng)域】。
[0002]本發(fā)明的目的在于在地區(qū)規(guī)模上熱能(熱量)循環(huán)的方法，其中熱交換環(huán)路連接至少一個(gè)熱能消耗體點(diǎn)和至少一個(gè)熱能產(chǎn)生體地點(diǎn)。
[0003]本發(fā)明的目的也在于能夠被用來實(shí)施所述方法的熱量循環(huán)系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0004]在給定的區(qū)域，例如一個(gè)鎮(zhèn)的規(guī)模上，工廠通常會(huì)遇到的難題在于使用以低熱能熱量形式被生產(chǎn)的能量(在低于150°C的溫度下通常通過流體運(yùn)送的熱量)，以及住宅的、辦公的或工業(yè)的房屋對(duì)以低溫?zé)崃?家庭的或商業(yè)的加熱、干燥操作、加熱溫室等等)形式的能量具有需求。
[0005]不使用其盈余的低熱能水平熱量的工廠，例如精煉廠或核電站，通常致力于:
?空氣冷卻器，其用作在工藝流體和空氣之間的交換器，用于將熱量分散在空氣中，例如通常具有電扇的裝置來促進(jìn)空氣的循環(huán)；
?和/或冷卻塔，帶有自然吸取的煙囪式的類型，水被噴至其中以便于幫助冷卻。此處再次發(fā)現(xiàn)，熱量損失至大氣中；
?和/或冷卻水系統(tǒng)(通常為乙醇酸鹽水)，或者通過在交換器中與海水、河水等的熱交換，或者通過制冷器單元獲得冷水。此處再次發(fā)現(xiàn)，熱量損失至環(huán)境中。
[0006]另一方面，對(duì)住宅的、辦公的或工業(yè)的房屋來說，其需要低溫?zé)崃?
?其使用燃燒或電裝置來自己產(chǎn)生此熱量。在此兩種情形下，燃料被消耗并且CO2排放被產(chǎn)生；
?和/或其從附近的工業(yè)的房屋或從城市的供熱系統(tǒng)輸入蒸汽，再一次，為了此熱量的產(chǎn)生，兩者均消耗燃料。
[0007]在工廠和/或住宅的或辦公的房屋之間的熱集成很少，因?yàn)楫?dāng)熱集成發(fā)生時(shí)，這兩個(gè)部分變得互相依賴其各自的運(yùn)行。此類型的能量集成的一個(gè)例子用于農(nóng)業(yè)溫室的加熱被描述于 http: //innovaRr0.net/pdf/aRro-1ndustries.pdf ?
[0008]有關(guān)于供應(yīng)的責(zé)任，在運(yùn)轉(zhuǎn)中斷期間的損失，以及簡(jiǎn)言之，在其中一方故障的事件時(shí)的危險(xiǎn)程度的約束通常是阻礙
【發(fā)明者】的癥結(jié)所在。如上面示例所述，當(dāng)附近的工業(yè)點(diǎn)是獨(dú)立的時(shí)，其盈余的能量是可利用的事實(shí)無法避免受益人必須投資其自己的鍋爐，以便于確?？朔浇墓I(yè)點(diǎn)的任何故障。
[0009]從工業(yè)的加熱工廠開始，現(xiàn)有系統(tǒng)包括提供約為100°C溫度的通常為水的熱流體，以及回收和返回由用戶冷卻的流體。此裝置需要系統(tǒng)具有大量的分支來使得每個(gè)用戶具有合適的溫度供其處理。給料線的此分支和必須使用管道(一種用于輸出，一種用于返回)產(chǎn)生大量的熱損失。例如，在Compagnie Parisienne de Chauffage Urbain的網(wǎng)頁上遇到了此問題，http://www.cpcu.fr/La-chaleur-urbaine/FONCT1NNEMENT。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明涉及用于在地區(qū)規(guī)模上循環(huán)熱量的方法，其中熱交換環(huán)路被使用來連接至少一個(gè)熱能消耗體點(diǎn)和至少一個(gè)熱量產(chǎn)生體點(diǎn)，所述環(huán)路包括熱傳遞流體，其流量被調(diào)節(jié)使得在環(huán)路的任意點(diǎn)的溫差小于20°c，所述一個(gè)或多個(gè)消耗體點(diǎn)通過熱交換在環(huán)路的一個(gè)點(diǎn)取得需要的能量，以及一個(gè)或多個(gè)產(chǎn)生體點(diǎn)通過熱交換排出所產(chǎn)生的盈余的能量。
[0011]有利地通過使用額外的加熱單元，該環(huán)路的溫度被保持恒定。
[0012]在一個(gè)實(shí)施例中，熱電池類型的熱量緩沖存儲(chǔ)器被使用來存儲(chǔ)環(huán)路中盈余的熱倉(cāng)泛。
[0013]有機(jī)朗肯循環(huán)可以被引入環(huán)路中，以便于以電的形式使用盈余的熱能。
[0014]優(yōu)選地，熱傳遞流體選自水、水成混合物、醇、烴或離子液體。
[0015]熱傳遞流體可包括相變材料的顆粒。
[0016]本發(fā)明也涉及用于在地區(qū)范圍熱量共享的系統(tǒng)，其包括:
?至少一個(gè)熱能消耗體點(diǎn)；
?至少一個(gè)熱能產(chǎn)生體點(diǎn)；
?熱交換環(huán)路，其將所述熱能消耗體地點(diǎn)和所述熱能產(chǎn)生體點(diǎn)連接在一起，并且其包括熱交換器和熱傳遞流體，其的流量通過泵而被調(diào)節(jié)。
[0017]在本發(fā)明的系統(tǒng)中，該環(huán)路可包括額外的加熱單元。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1:圖1示出現(xiàn)有技術(shù)已知的系統(tǒng)，從工業(yè)的加熱單元C開始，其包括提供溫度在約100°C通常是水的熱流體(1)，并且回收，如返回，由用戶冷卻的流體(2)，例如被平行布置的建筑物Β1、Β2...Βη。
[0019]圖2至圖5是本發(fā)明的非限制性的說明。
[0020]圖2:圖2代表本發(fā)明的系統(tǒng)，其用于使用在能量的發(fā)送體(例如:工廠)與能量的消耗體(例如:建筑物)之間的熱交換環(huán)路。
[0021]圖3:圖3示出本發(fā)明的實(shí)施例，其中共享的熱量緩沖存儲(chǔ)器被使用。
[0022]圖4:圖4示出本發(fā)明的實(shí)施例，其中該系統(tǒng)包括有機(jī)朗肯循環(huán)。
[0023]圖5:圖5示出本發(fā)明的實(shí)施例，其中化學(xué)環(huán)路的熱傳遞流體包括以膠囊形式的相變材料。

【具體實(shí)施方式】
[0024]更確切地，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)(圖2)包括在一系列的能量消耗體和發(fā)送體之間布置熱傳遞流體的共同的環(huán)路。通過位于環(huán)路管道上的熱交換器，根據(jù)其需求，消耗體通過熱交換取得其所需的能量，并且發(fā)送體通過熱交換排出其產(chǎn)生的盈余的熱能。
[0025]通過泵P，熱傳遞流體在環(huán)路中移動(dòng)，連接能量消耗體(建筑物Β1、Β2、Β3、Βη)和能量發(fā)送體(工廠U1、U2)。
[0026]熱傳遞流體的流量被選擇使得在環(huán)路的任意點(diǎn)的溫差很小，優(yōu)選在5°C和20°C之間(例如最大的溫差可以是20°C，即最高溫度等于80°C以及最低溫度等于60°C )。
[0027]熱傳遞流體是在熱交換設(shè)備的多個(gè)件中允許熱交換的任意的流體，并且優(yōu)選地選自在相對(duì)的I到20bar的壓強(qiáng)范圍時(shí)處于液體狀態(tài)的流體，從而使得環(huán)路管道的成本不會(huì)過高?？杀涣谐龅臒醾鬟f流體的示例為水或水成混合物或醇或烴，或甚至離子液體。
[0028]可被列出的消耗體的示例為待加熱的家庭的或工業(yè)的建筑物，或甚至是實(shí)施工業(yè)工藝需要熱量的工廠，例如實(shí)施干燥操作，例如在農(nóng)業(yè)食品工業(yè)中。發(fā)送體包括根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)必須釋放熱量并且損失至大氣中的工廠。
[0029]環(huán)路的溫度有利地被保持，例如如果從供能體至環(huán)路的(在此示例中的工廠Ul和U2)的能量平衡不夠時(shí)，使用額外的加熱系統(tǒng)C，相比較于現(xiàn)有技術(shù)工業(yè)的作為唯一熱源的加熱單元，其尺寸被充分地減小。這意味著本發(fā)明中能量的整體消耗被大量減少，因?yàn)闊崃吭诃h(huán)路內(nèi)被共享，并且額外的加熱單元的尺寸使得在環(huán)路內(nèi)的溫差能夠被消除。
[0030]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)(圖3)能夠裝備有一個(gè)或多個(gè)共享的熱量緩沖存儲(chǔ)器Q，被其的制造公司(例如德國(guó)公司H.M Keizkkper)稱為“熱電池”。作為示例，存儲(chǔ)系統(tǒng)能夠使用醋酸鈉。存儲(chǔ)熱量意味著環(huán)路的能夠隨著時(shí)間(例如白天/夜晚或者冬季/夏季)使溫度平穩(wěn)，或者當(dāng)熱量供給的工廠正在進(jìn)行維護(hù)工作時(shí)其也能夠加熱建筑物。
[0031]在本發(fā)明的另外的實(shí)施例中，系統(tǒng)(圖4)也能夠裝備有機(jī)朗肯循環(huán)(0RC)，如果需要其能夠被使用來將盈余的熱能轉(zhuǎn)化為電能(而不是將其發(fā)送至例如空氣冷卻器的冷卻器)，例如在夏季期間當(dāng)加熱需求較小時(shí)。此電能可以有利地被使用來操作空調(diào)。
[0032]根據(jù)本發(fā)明，用戶之一可具有高于熱環(huán)路的溫度的更大熱量水平的需要(例如對(duì)于帶有被保持在接近70°C的溫度的環(huán)路的工業(yè)的農(nóng)業(yè)食品烹飪需要120°C的溫度):在此情形中，用戶能夠安裝額外的熱泵，其能夠被使用來通過消耗額外的電能以升高溫度。
[0033]根據(jù)本發(fā)明，熱傳遞流體可包含將相變材料(例如醋酸鈉)裝入膠囊的固體顆粒，并且使得帶有小的溫度變化而被存儲(chǔ)的能量能夠被增加。實(shí)際上，當(dāng)純物質(zhì)改變相(狀態(tài))時(shí)，其能量容量(焓)變化而沒有溫度上的變化。已知的示例為水，其在o°c在大氣壓強(qiáng)下從固體變化至液體狀態(tài)，但是在此處的情形中，相變需要通常在50°C與100°C之間的溫度。所述相變材料優(yōu)選地選自下列化合物；其熔點(diǎn)被提供在括號(hào)中:
三水合醋酸鈉(58 °C )，部分水合氯化鋅=(75 °C )。
[0034]一些離子液體的示例具有在此范圍內(nèi)的熔點(diǎn):
1-丁基-3-甲基咪唑甲苯橫酸鹽(l-butyl-3-methylimidazolium tosylate):mp =(67 °C )
1-乙基-3-甲基咪唑六氟憐酸鹽(l-ethyl-3-methylimidazoliumhexafluorophosphate):mp = (59°C )
1- 丁基-1-甲基咪唑六氟憐酸鹽(l-butyl-1-methylpyrrolidiniumhexafluorophosphate) mp = (85 V )
1-丁基-3-甲基咪唑氯化物(l-butyl-3-methylimidazolium chloride):mp = (73
V )
1-乙基-3-甲基咪唑氯化物(l-ethyl-3-methylimidazolium chloride):mp =(77-79 °C )。
[0035]圖5顯示對(duì)于化學(xué)環(huán)路帶有被運(yùn)送的包含相變材料(液相(L)、固相(S))的膠囊傳送熱傳遞流體F的管道(Line)。將相變材料封成膠囊的外殼E可由塑料制成，例如聚乙烯或聚丙烯。
【權(quán)利要求】
1.一種用于在地區(qū)范圍上共享熱量的方法，其中熱交換環(huán)路被采用，其連接至少一個(gè)熱能消耗體地點(diǎn)和至少一個(gè)熱能產(chǎn)生體地點(diǎn)，所述環(huán)路包括熱傳遞流體，其的流量被調(diào)節(jié)使得在環(huán)路的任意點(diǎn)的溫差小于20°c，一個(gè)或多個(gè)所述消耗體地點(diǎn)通過熱交換在環(huán)路的一個(gè)點(diǎn)取得需要的能量，以及一個(gè)或多個(gè)產(chǎn)生體地點(diǎn)通過熱傳遞將所產(chǎn)生的盈余的能量排出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的共享熱量的方法，其中環(huán)路的溫度通過額外的加熱單元被保持恒定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的共享熱量的方法，其中熱電池類型的熱量緩沖存儲(chǔ)器被用于在環(huán)路中來存儲(chǔ)盈余的熱能。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的共享熱量的方法，其中有機(jī)朗肯循環(huán)被引入到環(huán)路中以便于以電的形式利用盈余的熱能。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的共享熱量的方法，其中熱傳遞流體選自水、水成混合物、醇、烴或離子液體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的共享熱量的方法，其中熱傳遞流體包括相變材料的顆粒。
7.—種在地區(qū)范圍上用于共享熱量的系統(tǒng)，其包括 ?至少一個(gè)熱能消耗體地點(diǎn)； ?至少一個(gè)熱能產(chǎn)生體地點(diǎn)； ?熱交換環(huán)路，其將所述熱能消耗體地點(diǎn)和所述熱能產(chǎn)生體地點(diǎn)連接在一起，并且其包括熱交換器和熱傳遞流體，其的流量通過泵而被調(diào)節(jié)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的在地區(qū)范圍上用于共享熱量的系統(tǒng)，其中環(huán)路包括額外的加熱單元。
【文檔編號(hào)】F24D10/00GK104220814SQ201380016949
【公開日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2013年3月6日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月28日
【發(fā)明者】F.吉魯?shù)习? E.勒邁爾 申請(qǐng)人:Ifp新能源公司