一種冷熱功儲存與轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于溶液及滲透壓的儲能系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]生產(chǎn)和生活中需要熱能、電能、機(jī)械能等各種形式的能量。大多數(shù)情況下，用戶對各種能量的需求和供能系統(tǒng)的額定輸出能力之間總有一定差異，存在負(fù)荷的高峰和低谷，例如建筑物，夏季空調(diào)負(fù)荷在一天中是變化的，夜間和白天有較大差異，再如太陽能、風(fēng)能等可再生能源，易受天氣影響而時有時無；這樣，就產(chǎn)生了儲能的必要，出現(xiàn)了各種儲能技術(shù)，獲得了不同程度的應(yīng)用。
[0003]目前的儲能技術(shù)種類繁多，但大多局限于一種能量形式的儲存與轉(zhuǎn)化，即只能儲電，或儲冷、儲熱，而建筑及許多生產(chǎn)活動中，用能形式多樣，對電力、熱、冷等各種形式的能量都有需求，都有儲存轉(zhuǎn)化需要，目前的儲能技術(shù)，尚不能實現(xiàn)多種能量形式的儲存、轉(zhuǎn)化。如各類電池只能將電力轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲存，需要時再轉(zhuǎn)化為電能輸出；近年來研宄的壓縮空氣儲能，可以將電能或機(jī)械能轉(zhuǎn)化為壓縮空氣勢能儲存，需要時再轉(zhuǎn)化為機(jī)械能或電能；空調(diào)系統(tǒng)中，夜間負(fù)荷較低時，利用廉價的低谷電制冰，白天空調(diào)負(fù)荷高峰時，通過融冰釋放冷量供建筑物空調(diào)使用，等等。但是上述儲能技術(shù)還不能實現(xiàn)多種形式能量的儲存與轉(zhuǎn)化。
[0004]近年來出現(xiàn)了一種利用溶液濃度差的能量轉(zhuǎn)換與利用技術(shù)。在空調(diào)系統(tǒng)中，利用熱能、電能等富余或廉價的能源將溶液濃縮，在空調(diào)高峰時用于處理空氣，使空氣中的水份被吸收、空氣被干燥，從而實現(xiàn)空氣濕度調(diào)節(jié)的功能；此外，在河流入?？谔帲瑒t利用海水與河水的鹽度差，通過滲透壓方式發(fā)電。
[0005]空調(diào)系統(tǒng)中利用鹽溶液濃差儲能密度高，提高了空調(diào)系統(tǒng)能源利用效率，但目前的溶液儲能技術(shù)還僅限于儲存熱能，進(jìn)行冷熱轉(zhuǎn)換利用，而建筑物往往同時有熱能和電能的需求，目前的溶液儲能不能滿足建筑物對熱能、電能的儲存和相互轉(zhuǎn)化利用的需求，在不需要供熱空調(diào)、但需要電力的時候這套系統(tǒng)不能發(fā)揮作用；在熱電聯(lián)產(chǎn)等分布式能源系統(tǒng)中，目前的溶液儲能空調(diào)系統(tǒng)也很難通過蓄能對機(jī)組熱、電出力進(jìn)行儲存、轉(zhuǎn)換或調(diào)節(jié)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題就是提供一種冷熱功儲存與轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和方法，將電能、熱能或其它富余的能量以溶液形式儲存并根據(jù)需要轉(zhuǎn)化為熱能、機(jī)械能或電能輸出，可用于空調(diào)制冷、余熱回收等能量轉(zhuǎn)化與利用領(lǐng)域。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種冷熱功儲存與轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，包括溶液儲能模塊和溶液釋能模塊，所述溶液儲能模塊包括稀溶液儲罐、溶液蒸發(fā)裝置、濃溶液儲罐及冷劑水儲罐，所述稀溶液儲罐中的稀溶液送入溶液蒸發(fā)裝置蒸發(fā)，蒸發(fā)出的水蒸汽冷卻變?yōu)橐后w后儲存在冷劑水儲罐中，稀溶液蒸發(fā)被濃縮成濃溶液后送入濃溶液儲罐中；所述溶液釋能模塊統(tǒng)包括閉式制冷制熱釋能裝置、開式溶液除濕釋能裝置、機(jī)械功轉(zhuǎn)換釋能裝置，所述制冷制熱釋能裝置利用溶液儲能模塊中儲存的能量制冷或者制熱，所述開式溶液除濕釋能裝置利用溶液直接與空氣接觸對空氣進(jìn)行干燥除濕，所述機(jī)械功轉(zhuǎn)換釋能裝置利用溶液儲能模塊儲存的能量通過阻尼滲透或反向電滲析直接輸出機(jī)械功或者再進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為電能。
[0008]優(yōu)選的，所述機(jī)械功轉(zhuǎn)換釋能裝置為阻尼滲透釋能裝置，所述阻尼滲透釋能裝置包括滲透膜組件、水力透平，所述濃溶液儲罐中的濃溶液先經(jīng)功回收器加壓后再經(jīng)高壓溶液泵升壓后進(jìn)入滲透膜組件的濃溶液通道，冷劑水儲罐中的冷劑水加壓至一定壓力后進(jìn)入滲透膜組件的稀溶液通道，水分子向滲透膜的濃溶液通道滲透，使?jié)馊芤和ǖ纼?nèi)壓力升高，濃溶液通道與水力透平相連，一部分高壓液體通過水力透平膨脹對外作功，另一部分高壓液體通過功回收器對濃溶液進(jìn)行加壓。
[0009]優(yōu)選的，所述的滲透膜組件采用多級串聯(lián)結(jié)構(gòu)。
[0010]優(yōu)選的，所述機(jī)械功轉(zhuǎn)換釋能裝置為反向電滲析釋能裝置，所述反向電滲析釋能裝置包括離子交換膜組件，淡水或稀溶液儲罐中的稀溶液由泵打入離子交換膜組件中由陰陽離子交換膜相隔構(gòu)成的稀溶液通道中，濃溶液儲罐中的濃溶液由泵打入離子交換膜組件的濃溶液通道中，陰陽離子分別向交換膜兩側(cè)的稀溶液通道擴(kuò)散，在一側(cè)電極通道內(nèi)陽離子通過離子交換膜向膜外側(cè)擴(kuò)散、通道內(nèi)陰離子富集呈負(fù)電勢，在相鄰的電極通道內(nèi)，陽離子通過離子交換膜向通道內(nèi)擴(kuò)散、通道內(nèi)陽離子富集呈正電勢，正負(fù)電極間接入電力負(fù)載控制系統(tǒng)構(gòu)成回路輸出電力。
[0011]優(yōu)選的，所述的離子交換膜組件采用多級串聯(lián)結(jié)構(gòu)。
[0012]優(yōu)選的，所述制冷制熱釋能裝置包括第一換熱管束和第二換熱管束，濃溶液儲罐中的濃溶液經(jīng)溶液泵布灑在第一換熱管束外表面，冷劑水儲罐中的水經(jīng)節(jié)流閥布灑在第二換熱管束外表面蒸發(fā)、變成水蒸汽，被第一換熱管束表面的濃溶液吸收；
[0013]制冷時，第一換熱管束內(nèi)通入冷卻水，吸收管外溶液吸收水蒸氣產(chǎn)生的吸收熱，為溶液降溫，降低溶液蒸汽壓力，第二換熱管束內(nèi)通入空調(diào)冷凍水，被第二管束表面蒸發(fā)汽化的冷劑水冷卻、降溫；
[0014]制熱時，第二換熱管束內(nèi)通入低溫介質(zhì)，使外表面的冷劑水蒸發(fā)、汽化，產(chǎn)生的水蒸汽被布灑在第一換熱管束外表面的溶液吸收、放出吸收熱使第一管束內(nèi)的介質(zhì)被加熱、升溫。
[0015]優(yōu)選的，該冷熱功儲存與轉(zhuǎn)換系統(tǒng)使用的溶液為LiBr、LiCl、Ca2Cl的水溶液，或上述任意二者、三者的混合溶液。
[0016]一種冷熱功儲存與轉(zhuǎn)換方法，所述閉式制冷制熱釋能裝置、開式溶液除濕釋能裝置、機(jī)械功轉(zhuǎn)換釋能裝置可根據(jù)需要單獨(dú)或串聯(lián)或并聯(lián)組合運(yùn)行:當(dāng)空調(diào)負(fù)荷高峰時，閉式制冷制熱釋能裝置或開式溶液除濕釋能裝置單獨(dú)或二者串聯(lián)、并聯(lián)組合運(yùn)行、釋放能量供建筑物供熱空調(diào)使用；當(dāng)空調(diào)負(fù)荷較低或只需要電力時，機(jī)械功轉(zhuǎn)換釋能裝置利用溶液儲能模塊儲存的能量直接輸出機(jī)械功或者再進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為電能；當(dāng)同時需要空調(diào)、電力時，閉式制冷制熱釋能裝置、開式溶液除濕釋能裝置、機(jī)械功轉(zhuǎn)換釋能裝置可組合運(yùn)行:濃溶液先進(jìn)入閉式制冷制熱釋能裝置釋放冷量，從閉式制冷制熱釋能裝置出來的溶液再進(jìn)入開式溶液除濕釋能裝置處理空氣，從開式溶液除濕釋能裝置出來的溶液再進(jìn)入機(jī)械功釋能單元輸出機(jī)械功或電力；或者僅閉式制冷制熱釋能裝置與機(jī)械功轉(zhuǎn)換釋能裝置組合運(yùn)行，或者開式溶液除濕釋能裝置與機(jī)械功轉(zhuǎn)換釋能裝置組合運(yùn)行。
[0017]本發(fā)明為解決目前空調(diào)儲能技術(shù)的不足，設(shè)計了基于溶液及半透膜的聯(lián)合儲存系統(tǒng)，可以將電能、熱能或其它富余的能量以為LiBr、LiCl、Ca2Cl的水溶液，或它們二者、或三者的混合溶液的形式儲存、轉(zhuǎn)換或運(yùn)輸，需要時，可利用滲透壓原理通過單級或多級串聯(lián)的阻尼滲透輸出機(jī)械能、電能，或者通過反向電滲析輸出電能，也可通過水的蒸發(fā)與濃溶液對水蒸汽的吸收作用以熱能、冷能的形式輸出供建筑或工藝加熱、冷卻之用。
【附圖說明】
[0018]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步描述:
[0019]圖1是本發(fā)明設(shè)計的儲能系統(tǒng)及儲能過程工作原理圖；
[0020]圖2是本發(fā)明設(shè)計的儲能系統(tǒng)中，基于阻尼滲透的釋能系統(tǒng)工作原理圖；
[0021]圖3a是本發(fā)明設(shè)計的串聯(lián)的阻尼滲透釋能系統(tǒng)原理圖；
[0022]圖3b是本發(fā)明設(shè)計的另一種串聯(lián)阻尼滲透釋能系統(tǒng)的原理圖；
[0023]圖4是本發(fā)明設(shè)計的基于吸收式制冷制熱的釋能系統(tǒng)原理圖；
[0024]圖5是本發(fā)明設(shè)計的基于反向電滲析的釋能系統(tǒng)工作原理圖；
[0025]圖6是本發(fā)明設(shè)計的串聯(lián)反向電滲析釋能系統(tǒng)的原理圖；
[0026]圖7a是本發(fā)明設(shè)計的溶液儲能模塊與溶液除顯系統(tǒng)集成示意圖一；
[0027]圖7b是本發(fā)明設(shè)計的溶液儲能模塊與溶液除顯系統(tǒng)集成示意圖二 ；
[0028]圖1中，1.濃溶液儲罐，2，4.溶液泵，3.發(fā)生器，5.稀溶液儲罐，6.冷劑水儲罐；圖2中，7.高壓溶液泵，8.滲透膜組件，9.功回收器，10.水力透平；圖3&\圖313中，81，82，83，84，85滲透膜組件，101，102，103，104，105.水力透平;圖4中，41吸收器換熱管束，42蒸發(fā)器換熱管束；圖5、6中，11.電力負(fù)載，12.循環(huán)泵，13，14.電極，15.離子交換膜組件；圖7a\圖7b中，71，72，73.填料單元，74.填料塔。
【具體實施方式】
[0029]如圖1至圖7所示，一種冷熱功儲存與轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，包括溶液儲能模塊和溶液釋能模塊，所述溶液儲能模塊包括稀溶液儲罐5、溶液蒸發(fā)裝置、濃溶液儲罐I及冷劑水儲罐6，溶液蒸發(fā)裝置采用發(fā)生器3，所述稀溶液儲罐中的稀溶液送入溶液蒸發(fā)裝置蒸發(fā)，蒸發(fā)出的水蒸汽冷卻變?yōu)橐后w后儲存在冷劑水儲罐中，稀溶液蒸發(fā)被濃縮成濃溶液后送入濃溶液儲罐中；所述溶液釋能模塊包括制冷制熱釋能裝置、機(jī)械功轉(zhuǎn)換釋能裝置，所述制冷制熱釋能裝置利用溶液儲能模塊中儲存的能量制冷或者制熱，所述機(jī)械功轉(zhuǎn)換釋能裝置利用溶液儲能模塊儲存的能量直接輸出機(jī)械功或者再進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為電能。
[0030]如圖1所示，溶液儲能模塊儲能運(yùn)行時，稀溶液由溶液泵4送入發(fā)生器3內(nèi)，布灑到發(fā)生器內(nèi)換熱管束外表面，被管內(nèi)的熱媒加熱，水分被蒸發(fā)，蒸發(fā)出的水蒸汽被熱媒冷卻，變?yōu)橐后w后，儲存在冷劑水儲罐中。
[0031]稀溶液被濃縮成濃溶液后，由溶液泵2送入濃溶液儲罐I中，為改善加熱效果，部分濃溶液回流布灑到中部換熱管束表面。其中換熱管內(nèi)熱媒可以是熱水、水蒸汽、制冷劑壓縮機(jī)或空壓機(jī)壓縮機(jī)排氣、高溫?zé)煔獾鹊取崦娇蔀槔鋮s水、低壓制冷劑或其它液體、氣體。
[0032]如圖2所示，溶液釋能模塊為阻尼滲透釋能裝置，濃溶液儲罐I中的濃溶液先經(jīng)功回收器9加壓后再經(jīng)高壓溶液泵7升壓后進(jìn)入滲透膜組件8的濃溶液通道，冷劑水儲罐中的淡水(或其它濃度較低的稀溶液)加壓至一定壓力后進(jìn)入滲透膜組件8的淡水(或稀溶液)通道，水分子向滲透膜的濃溶液通道滲透，使膜組件濃溶液通道內(nèi)壓力升高，濃溶液通道與水力透平10相連，一部分高壓液體通過水力透平膨脹對外作功，帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電或驅(qū)動水泵、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)等。另一部分高壓液體通過功回收器9對濃溶液進(jìn)行加壓。