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。隨著對于 更環(huán)保的系統(tǒng)的需求不斷增加，各種基于陽光或水的替代系統(tǒng)已被提出，例如光伏、太陽熱 能發(fā)電機、水力發(fā)電、波浪發(fā)電以及生物燃料。
[0003] 對于所有太陽能驅(qū)動的可再生能量轉(zhuǎn)換設(shè)備、部分水驅(qū)動設(shè)備、以及風(fēng)力渦輪機 而言，一個普遍議題在于這些設(shè)備不能"按需立即"運行，因為陽光不會總是燦爛，海浪不會 總是洶涌，風(fēng)不會總是刮起。這意味著，有時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)，就這個問題已經(jīng)提出了若干儲存方案。
[0004] 國際公布專利WO 2009/138771提出了一種熱能儲存系統(tǒng)，在可行的時段，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存在熱存 儲器中，然后使用相變材料（PCMs)，通過其固有的固-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] 在已知的熱能儲存系統(tǒng)中，包括含有相變材料的熱蓄能器，位于各個蓄能器內(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，只能通過在蓄能器內(nèi)使用大量溫度傳感器，來預(yù)測這 種蓄能器的蓄能狀態(tài)，這樣既不實用也不劃算。
[0006] 在實際應(yīng)用中，特別是在高要求、商用或工業(yè)用的情況下，具有可測定效率的措 施、包括相變材料的熱能儲存系統(tǒng)將會相當(dāng)受歡迎來實現(xiàn)對能量儲量的有效預(yù)測，以實現(xiàn) 規(guī)劃和能量管理的目的。
[0007] 本發(fā)明的至少一個方面的目的在于，提供一種熱儲存系統(tǒng)，其具有集成的用于提 供剩余能量測量的裝置。
[0008] 本發(fā)明的至少一個方面的目的在于，提供一種熱儲存系統(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)明的至少一個方面的目的在于，提供一種熱儲存系統(tǒng)，其具有集成的用于預(yù) 測組件內(nèi)的蓄能器蓄能狀態(tài)的裝置。
[0010] 本發(fā)明的至少一個方面的目的在于，提供一種熱儲存系統(tǒng)，其具有集成的用于確 定組件內(nèi)的蓄能器的相對能量水平的裝置。
[0011] 本發(fā)明的至少一個方面的目的在于，提供一種熱儲存系統(tǒng)，其具有集成的為組件 內(nèi)的蓄能器提供針對過度增壓的保護(hù)的裝置。本申請人研發(fā)了具備新穎性和創(chuàng)造性的熱儲 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 種控制測量的裝置，控制測量包括：整個系統(tǒng)能量效率的測量；蓄能器蓄能效率的測量；蓄 能器內(nèi)相對能量水平的測量；并且其中所述系統(tǒng)為所述蓄能器提供針對過度增壓的保護(hù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本申請人研發(fā)了具備新穎性和創(chuàng)造性的熱儲存系統(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器的熱儲存系統(tǒng)，該熱能存儲器含有單個或 多個具有內(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器運行的裝 置，其中每個所述蓄能器箱體各自包含蓄能器，該蓄能器包括一個或多個固定在所述箱體 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) 置有一個或多個用于測量溫度、和/或壓力、和/或系統(tǒng)內(nèi)一個或多個點的功率的傳感器。
[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一個或多個功率傳感器，提供所述系統(tǒng)的蓄能和釋能回 路流量的測量。
[0016] 該控制裝置可適用于通過一個或多個輸入溫度傳感器以及一個或多個導(dǎo)流閥，為 組件內(nèi)的各個蓄能器提供有效蓄能的裝置。
[0017] 該控制裝置可適用于通過所述一個或多個輸入溫度傳感器，提供所述系統(tǒng)內(nèi)以及 整個蓄能器組件的各個蓄能器的所儲存的能量、以及輸入功率的測量。
[0018] 該控制裝置可適用于通過一個或多個輸出溫度傳感器，提供釋能期間組件內(nèi)的各 個蓄能器所配給的能量、以及各個所述蓄能器內(nèi)的剩余能量的測度。
[0019] 通過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] 多個蓄能器箱體可堆疊在一起，無需中間支承物。
[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)，并且其中每個換 熱器與每個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度增壓的保護(hù)裝置，其通過一個或多個減壓閥、或一 個或多個壓力爆破片完成。
[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] 對于所述組件內(nèi)的各個蓄能器，該系統(tǒng)可包括相變材料膨脹管理的裝置，該裝置 由外容積補償或內(nèi)容積補償裝置構(gòu)成，或者由增壓箱設(shè)計裝置構(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)的任意每個蓄能器（8)的能量輸入和輸出、以 及余量的裝置，其通過確定Q IN、0_和Q。的一系列傳感器來完成，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)計之前蓄能器所儲存的能量；
[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/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運行上限
[0054] -激活相應(yīng)的警報/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運行上限
[0061] -激活相應(yīng)的警報/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)運行（見圖6 (a))，相應(yīng)地在EF區(qū)間內(nèi)運 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<