多個(gè)附加的蓄能器。
[0097] 如下文的圖2和5所示，本發(fā)明的熱能儲(chǔ)存系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)前述的蓄能器組 件，這些蓄能器組件可設(shè)置在堆疊系統(tǒng)內(nèi)，尤其是具有堆疊的蓄能器結(jié)構(gòu)，該堆疊的蓄能器 結(jié)構(gòu)可以是獨(dú)立選用的多個(gè)堆疊的蓄能器。這還包括在單層結(jié)構(gòu)中并排放置蓄能器、或者 多層結(jié)構(gòu)其中每層放置一個(gè)蓄能器或并排放置兩個(gè)蓄能器的容量，甚至沒有必要在每層放 置相同數(shù)量的蓄能器。
[0098] 本發(fā)明的熱能儲(chǔ)存系統(tǒng)的另一優(yōu)點(diǎn)在于，用于一個(gè)或多個(gè)蓄能器箱體防止過度增 壓的保護(hù)裝置。如下文所述，這是通過一個(gè)或多個(gè)減壓閥、或者一個(gè)或多個(gè)壓力爆破片，或 者其組合、或者箱體內(nèi)具有圍繞物的開孔來完成，其中在開孔處，PCM頂部的添加物質(zhì)充當(dāng) 空氣、水蒸汽、和污染物的屏障。由此，根據(jù)本發(fā)明另一方面，其提供了根據(jù)前述任一方面的 熱能儲(chǔ)存系統(tǒng)，其額外包括關(guān)于過度增壓的蓄能器箱體保護(hù)裝置。
[0099] 本文中的能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)的商業(yè)及工業(yè)應(yīng)用取決于所用的特定PCMs的熔融點(diǎn)。通 常地，本發(fā)明的熱能儲(chǔ)存系統(tǒng)使用的PCMs的熔融點(diǎn)在從(TC至KKTC范圍內(nèi)，盡管這不是限 制集，其他示范性熔融點(diǎn)為900°C或_80°C。在本文中的任意特定熱能儲(chǔ)存系統(tǒng)中所使用的 特定PCM(S)的選用，將會(huì)取決于所需的用途。下文將會(huì)細(xì)述適用于此的PCMs。
[0100] 這些系統(tǒng)的有效范圍取決于所用特定PCMs的轉(zhuǎn)變溫度范圍。通常地，大部分PCMs 的轉(zhuǎn)變溫度范圍在溫差為4至8度（°C )之間。由此，根據(jù)本發(fā)明另一方面，其提供了根據(jù) 前述任一方面的熱能儲(chǔ)存系統(tǒng)，其中所用PCM (s)熔融點(diǎn)范圍為從0 °C至100 °C，和/或其中 所用PCM的有效范圍在溫差為4至8度之間。為避免疑義，此處適用的PCMs為具有從固態(tài) 向液態(tài)的相變或者固態(tài)向固態(tài)的相變的材料，后者的相預(yù)計(jì)為材料晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)的轉(zhuǎn)變。為 避免疑義，此處適用的PCMs可包括熱化學(xué)材料。
[0101] 在任意特定熱儲(chǔ)存系統(tǒng)中用于任意特定功效的任意特定PCM的選擇，取決于何種 材料能夠在其固有的熱力學(xué)特性、動(dòng)力學(xué)特性、化學(xué)和物理特性以及經(jīng)濟(jì)因素之間提供最 適當(dāng)?shù)钠胶?。與這種選擇相關(guān)的熱力學(xué)特性包括：在所需運(yùn)行溫度范圍內(nèi)的熔融溫度；每 單位體積熔化時(shí)的高潛熱；高比熱容、高密度和高熱導(dǎo)率；相變時(shí)的小體積變化以及運(yùn)行 溫度下的小蒸汽壓力，以減少容量問題；同成分熔化。與這種選擇相關(guān)的動(dòng)力學(xué)特性包括： 高成核率，以避免液相過冷；高的晶體生長(zhǎng)速率，使得該系統(tǒng)能夠滿足從儲(chǔ)存系統(tǒng)回收熱量 的需求。與這種選擇相關(guān)的化學(xué)特性包括：化學(xué)穩(wěn)定性；完整可逆的凝結(jié)/熔化循環(huán)；在多 次凝結(jié)/熔化循環(huán)之后無劣化；無腐蝕性、無毒性、不易燃性、以及非爆炸性材料。相關(guān)的經(jīng) 濟(jì)特性為，在足夠的容積內(nèi)，PCM與商業(yè)實(shí)用性的相對(duì)成本。
[0102] 此處適用的PCMs包括：氯化鈣/溴化物六水合物共晶體、氯化鈣/氯化鎂六水合 物、氯化鈣六水合物、溴化鈣六水合物、硫代硫酸鈉五水合物、三水乙酸鈉。
[0103] 優(yōu)選地，本發(fā)明的熱能儲(chǔ)存系統(tǒng)包括用于管理PCM膨脹的裝置。如下文附圖2、3、 4、5所示，這是由與組件內(nèi)的各個(gè)蓄能器相關(guān)的附加的容積補(bǔ)償特征，或者增壓箱體設(shè)計(jì)特 征來完成。此處的熱能儲(chǔ)存系統(tǒng)中，包括容積補(bǔ)償，即大氣壓強(qiáng)操作的設(shè)計(jì)，使用各個(gè)蓄能 器內(nèi)的膈膜膨脹箱或者膈膜膨脹容積來管理PCM膨脹，以便使蓄能器內(nèi)的壓力保持在大氣 壓水平，因?yàn)殡跄ち硪粋?cè)對(duì)大氣開放。或者，在外殼上存在開孔，以實(shí)現(xiàn)熱蓄能器內(nèi)容積與 環(huán)境之間的壓力平衡。
[0104] 本文中的熱能儲(chǔ)存系統(tǒng)中，其將整合了具有用于PCM膨脹管理的容積補(bǔ)償裝置的 蓄能器，當(dāng)PCM體積隨溫度改變（在任意特定蓄能器內(nèi)），蓄能器內(nèi)的空氣移進(jìn)或移出膨脹 箱或集成的膨脹容積，以在蓄能器箱體內(nèi)或PCM容積內(nèi)保持接近恒定的大氣壓。適用的膨 脹箱包括具有膈膜的設(shè)計(jì)。為避免疑義，能夠根據(jù)PCM體積隨溫度和隨后空氣在蓄能器與 所述箱或容積之間的運(yùn)動(dòng)的改變來同樣地運(yùn)行，以在蓄能器箱體或PCM容積內(nèi)保持接近恒 定的大氣壓的任意可選的膨脹箱或集成的膨脹容積設(shè)計(jì)，均可認(rèn)為適用于此。本文中提出 了示范性膈膜系統(tǒng)，并由圖3(a)示出。在此系統(tǒng)中，膨脹管將蓄能器連接至膨脹箱。該膨 脹管可另外包含蒸氣屏障，以及減壓閥，或者爆破片組件，以保護(hù)系統(tǒng)免受高壓。使用減壓 閥的減壓設(shè)備通常在大約〇. 25bar與0. 5bar之間。此處的熱能儲(chǔ)存系統(tǒng)應(yīng)用了標(biāo)準(zhǔn)的額 定3. Obar的中央加熱膨脹箱，其中所述箱尺寸根據(jù)下列公式得出：
[0105] Vex - V pa X (Epcm/100) XFs
[0106] 其中
[0107] Vex =膨脹箱的標(biāo)稱容量，[L]
[0108] Vpcm=蓄能器內(nèi)PCM的體積，[L]
[0109] Epcm= PCM 的膨脹系數(shù)（8-12% )，[% ]
[0110] Fs =安全系數(shù)（=L 50)
[0111] 圖3(a)示出了膈膜膨脹箱的運(yùn)行，該膈膜膨脹箱可包括施克拉德閥，在這種情況 下，該閥處于打開狀態(tài)，并可僅僅包括開孔以排氣到大氣，并且該附圖示出了蓄能器完全蓄 能以及蓄能器完全釋能時(shí)膈膜的相對(duì)位置。為避免疑義，可使用另外的閥設(shè)計(jì)，只要其能設(shè) 置為處于打開狀態(tài)。在此提出另一示范性集成膈膜系統(tǒng)，并由圖4示出。在此系統(tǒng)中，膈膜 整合到蓄能器箱體中。膈膜可另外充當(dāng)蒸氣屏障和空氣屏障。圖4示出了集成的膈膜膨脹 容積的運(yùn)行，該集成的膈膜膨脹容積包括處于打開狀態(tài)的施克拉德閥，或者開孔，并且該附 圖示出了蓄能器完全蓄能以及蓄能器完全釋能時(shí)膈膜的相對(duì)位置。為避免疑義，可使用另 外的閥設(shè)計(jì)，只要其能設(shè)置為處于打開狀態(tài)。
[0112] 在另一實(shí)施例中，在蓄能器箱體上表面具有孔，或者從此表面上伸出管（該管可 采用蛇形軌跡，將其最終出口設(shè)置在所述上表面的水平面或之上）。惰性流體，例如硅油浮 在PCM上方，以實(shí)現(xiàn)膈膜膨脹箱的功能（包括蒸氣和/或空氣屏障）。在管的最終出口可具 有惰性流體蓄液池。
[0113] 本文中的熱能儲(chǔ)存系統(tǒng)中，包括增壓箱設(shè)計(jì)，儲(chǔ)存組件內(nèi)的各個(gè)蓄能器的箱體密 封，并且蓄能器箱體設(shè)計(jì)為當(dāng)加熱蓄能器且壓縮空氣體積時(shí)，抵受壓力的增加。蓄能器裝配 有壓力傳感器和減壓閥或爆破片組件，以保護(hù)系統(tǒng)免受高壓。圖3(b)示出了增壓箱設(shè)計(jì)的 詳細(xì)視圖，圖5示出了整合了具有減壓閥的蓄能器的組件。與各個(gè)蓄能器關(guān)聯(lián)的壓力傳感 器用于監(jiān)控蓄能器箱體內(nèi)的壓力，同時(shí)用于確定下文所述的蓄能器蓄能狀態(tài)。蓄能器高度 尺寸是為了確保蓄能器箱體內(nèi)PCM上方的空氣體積足夠保持壓力處于設(shè)計(jì)的工作限度。減 壓閥一般設(shè)置為設(shè)計(jì)工作壓力的1. 5倍。
[0114] 由此，根據(jù)本發(fā)明另一方面，其提供了根據(jù)前述任一方面的熱能儲(chǔ)存系統(tǒng)，其具有 PCM膨脹管理裝置。
[0115] 本發(fā)明的熱能儲(chǔ)存系統(tǒng)具有前述的監(jiān)控系統(tǒng)，該熱能儲(chǔ)存系統(tǒng)的附加優(yōu)點(diǎn)在于它 們能夠預(yù)測(cè)組件內(nèi)蓄能器的蓄能狀態(tài)。
[0116] 當(dāng)儲(chǔ)存堆裝配有合適的傳感器時(shí)，可以計(jì)算本發(fā)明熱能儲(chǔ)存系統(tǒng)內(nèi)蓄能器儲(chǔ)存堆 的任意單個(gè)蓄能器的能量輸入和輸出以及能量余量。圖2和5示出了如何設(shè)置這些傳感器。 例如，4號(hào)蓄能器（如圖所示）的能量可根據(jù)以下公式2、3、4在任意給定時(shí)間內(nèi)計(jì)算得出：
[0120] 其中
[0121] Qin =最后一次蓄能周期輸入蓄能器的能量，[kWh]
[0122] Qi3n =最后一次蓄能周期從蓄能器輸出的能量，[kWh]
[0123] Qn =蓄能器內(nèi)現(xiàn)存的能量，[kWh]
[0124] Qn i =本次統(tǒng)計(jì)之前蓄能器內(nèi)儲(chǔ)存的能量，[kWh]
[0125] F1 =蓄能回路流量，[L/s]
[0126] F。=釋能回路流量，[L/s]
[0127] P 1 =蓄能回路流體密度，[kg/s]
[0128] P。=釋能回路流體密度，[kg/s]
[0129] Cp1 =蓄能回路流體比熱容，[kj/kg · K]
[0130] Cp。=釋能回路流體比熱容，[kj/kg · K]
[0131] T5 =蓄能器4的蓄能回路流體溫度，[°C ]
[0132] T4=蓄能器4的蓄能回路回流溫度，[°C ]
[0133] T10 =蓄能器4的釋能回路流體溫度，[°C ]
[0134] T9 =蓄能器4的釋能回路回流溫度，[°C ]
[0135] 將會(huì)明確的是，任意選定的蓄能器X的測(cè)量，可通過以下代入來確定：用相應(yīng)傳感 器測(cè)得的T 5作為蓄能器X的蓄能回路流體溫度T xeFT;用相應(yīng)傳感器測(cè)得的T 4作為蓄能器X 的蓄能回路回流溫度Tx;用相應(yīng)傳感器測(cè)得的T i。作為蓄能器X的釋能回路流體溫度T XDFT; 以及相應(yīng)傳感器測(cè)得的T9作為蓄能器X的釋能回路回流溫度T XDFT。
[0136] 本發(fā)明的熱能儲(chǔ)存系統(tǒng)的附加有益特征在于，它們配置有壓力傳感器，以監(jiān)控其 整體和狀態(tài)。這些壓力傳感器可用作監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)蓄能器蓄能狀態(tài)的可選手段方式或附加手 段，因?yàn)樵鰤合潴w設(shè)計(jì)中的壓力會(huì)根據(jù)蓄能狀態(tài)而改變，這是因?yàn)镻CM熔化或凝結(jié)，會(huì)改變 體積、進(jìn)而改變蓄能器頂部空氣的體積，從而改變內(nèi)部空氣壓力。標(biāo)度