专利名称：一种蓄能供能系统及其应用方式和一种供应热水装置的制作方法
技术领域：
本发明属于利用贮热物质中积累热量的供热技术。
背景技术：
现有的供热领域中从理论到实际应用，蓄热的功能仅限于调峰。正如《区域供热》 杂志2005. 6期《热水蓄热器在区域供热系统中的应用》文所描述在热电联产供热系统中 应用蓄热器主要用于平衡热负荷(消除峰值)。200910175550. 6号专利申请公开的热电 联产汽轮机技术，已经在不增加发电煤耗的前提下，可以将凝气潜热的温度提升至100°C， 但是非供热的夏季和初秋季节热电厂的这种凝气潜热不能利用；即使在冬春供热季节，天 气暖和的一段时间，这种汽轮机凝气潜热也得不到充分利用。利用工业余热供热应该是节 能减排的途径，但在现实中很少应用，其困难在于绝大多数工业余热间歇不连续，工业生产 必须按照工艺流程和生产计划安排，当天寒地冻急需供暖用热时也许按照工艺流程设备停 用、也许没有生产任务停产、也许设备故障维修或者设备定期检修而无热可供，生产企业不 可能按照供热需求来安排生产。工业余热的不稳定和不可靠，使其难以用来供热。现有的 蓄热理论和实践将注意力集中在研制高效的保温材料和高蓄热量的蓄热介质且没有取得 突破性进展。现有技术在避免结冰膨胀压裂池壁的前提下如何贮存冬季寒冷到夏季制冷缺 乏措施，由于过度顾虑施工难度和投资风险，没有对利用现有材料实现跨季节蓄热深入研 究，以至于到目前，没有出现大规模的跨季节蓄热或蓄冷用于集中供热或集中供冷的商业 运营。现有的供应热水方式为了避免热水管29寄存凉水，热水用户将这些凉水排放后 才能得到热水，增设一个回水管，没有热水被使用的情况下，热水从回水管返回加热装置再 进入热水管29。以此循环方式虽避免凉水在热水管29内的积存，但增加了一个回水管，而 且也增加了循环泵的使用和循环泵的耗电。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是贮存热电联产汽轮机非供热季节产生的热能和天 气温暖的供热季节热需求少时汽轮机产生的富余的热能。贮存工业余热等不确定热能，形 成连续稳定的热源或冷源，为用户采暖、供应热水、空调制冷提供热能或冷能。本发明同时解决在不使用循环管和循环泵的情况下避免供应热水管29内积存凉 水的技术问题。本发明采用的技术方案是在蓄热供热或蓄冷供冷系统总采用容积大于5万立方 米的保温液体库(第一保温液体库2或第二保温液体库3)，贮存能量源1 (热源或冷源)来 的工质能量(热能或冷能)，给用户(热用户5或冷用户11)供能(供热或供冷)。同一能 量源全年产生的可利用能量(热量或冷量)小于贮存其能量用于供能(供热或供冷)的所 有保温液体库(第一保温液体库2或第二保温液体库3)蓄满的水合计降温50°C所释放热 量的10倍。在第一保温液体库2或第二保温液体库3内至少设置一个可上下移动的布液器10。在贮热液体中累积能量的供能系统的应用方式是每年利用保温液体库(第一保 温液体库2或第二保温液体库3)贮存的能量(热量或冷量)给用户(热用户5或冷用户 11)供能(供热或供冷)结束，保温液体库的能量(热能或冷能)开始增加时，到利用保温 液体库的能量(热量或冷量)开始供能(热能或冷能)，保温液体库的能量(热量或冷量) 开始减少时的时间间隔大于360小时。也就是说保温液体库从开始蓄能到开始供能的时间 间隔至少大于15天。在第一保温液体库2或第二保温液体库3贮存发电余热或工业余热 来的热能或冷能的情况下，保温液体库也贮存太阳能集热器或热泵转换的能量(热能或冷 能)、通过散热装置17吸收的大气热能或冷能。以这样的方式使能量源1原本浪费了的热 能或冷能得到利用，也减少系统对发电余热或工业余热的依赖，而不仅仅是供能(供热或 供冷)时的调峰作用。保温液体库的容积大于5万立方米，会有效降低单位液体的散热面积，因为物体 的体积是直径的三次方函数，面积是直径的二次方函数，以正方体为例，体积增大1000倍， 面积仅增大100倍。《新型建筑材料》2006年第11期作者于晓，周爱军，期刊-核心期刊 ISSN :1001-702X(2006) 11-0033-02 ((VIP真空保温板》记载的真空保温板导热系数达到 0. 004w/m. k，如果将第一保温液体库2设计成边长100米的立方体，则其容积是100万立方 米，用10厘米厚导热系数为0. 004w/m. k的真空保温板保温，其蓄满90°C的水一年的散热量 =0. 004w/m°C X0. lmX60000m2X70°C X24hX365 = 174. 2 万千瓦时=0. 63 万吉焦，100 万立方米的水降温50°C释放的热量是16. 6万吉焦，则第一保温液体库2年散热率小于其蓄 热量的4%，利用现有低成本的保温材料和蓄热介质实现跨季节蓄热。然而现有关于蓄热 或蓄冷的研究和实践大多集中在采用隔热性能尽可能强的保温材料构筑尽可能小的空间 贮存尽可能多的热量或冷量，以至于到目前为止没有出现商业应用的跨季节贮热或贮冷系 统。在楼栋底层，供热管网的热液体通过自来水蓄热加热桶18内的加热管27加热自 来水蓄热加热桶内18的自来水，垂直连接于自来水蓄热加热桶18顶部的热水管29，垂直延 伸到最上层的热水用户。这样没有热水使用时，冷却的自来水下降到蓄热换热桶，蓄热换热 桶内的热自来水上升到热水管29，以此保持热水管29内的自来水随时是热的，避免使用热 水时现排放管子里积存的凉水。相对于采用增加凉水返回管和循环泵的循环方式，减少了 循环管和循环泵的使用，避免了循环泵耗电。以上述方式，本发明实现热电厂非采暖季节和用热淡季富余产热的贮存到供热季 节供热。由于实现跨季节蓄热，可以将工业余热、太阳热等不稳定的热能贮存起来用于采暖 季节的供热。在没有热电厂或热电厂产热不足的情况下存储热液库附近利用物质的化学 反应或核反应或电加热产生热能的工业余热、地热等能量源1的热能，还可以在楼顶、蓄热 库顶棚等可利用的空间安装太阳能集热器，并将非供暖季节的高温太阳热贮存贮存在热液 库。由于实现跨季节蓄热或蓄冷，可以将夏季的酷热或冬季的寒冷通过换热装置贮存在保 温液体库，配合其他能量源1在相反的季节供冷或供热，这样也减少了供热系统对发电余 热和工业余热的依赖。所述的同温层是指在保温液体库中低层的液体8的温度低，高层的液体8的温度 高，某个高度的液体温度与所存入的液体温度相同，那么这个高度的层面就是同温层。所述的保温液体库是指第一位液体库2或第二保温液体库3。所述的供能系统是指供热系统或 管理系统或者冷热联供系统。所述的用户包括热用户5或冷用户11。所述的能量包括热能 或冷能。
三
附图标记对应的部件名称表
编号名称编号名称编号名称
1第一能量源10可上下移动的布液器27加热管
2第一保温液体库11冷用户29热水管
3第二保温液体库12阀门30吸收式制冷机
4其他供热系统14蓄热循环泵31供热泵
5热用户15第二能量源32供冷泵
6漂浮物16供热管33冰浆
7布液器17散热装置38冰浆发生装置
8液体18自来水蓄热加热桶39换热器
图1为热冷联供示意图
图2为单纯蓄冷供冷示意图
图3为单纯蓄热供热示意图
图4为供应热水装置意图
具体实施例方式实施例1液体是水；第一能量源1是热电厂生产的工质热能，全年产生的可利用热量为 1. 89 X 109MJ，给三个供热系统热供热，本系统是其中之一；第二能量源15是安装在多个楼 顶和第一保温液体库2和第二保温液体库3的棚顶的太阳能集热器；用户5是多个集中供 热的热力站；第一保温液体库2的容积是500万立方米，仅此一个保温液体库蓄满的水降 温30°C所释放的热量为0. 627X 109MJ大于该能量源1全年产生的可利用热量1. 89X 109MJ 的10分之1 ；第二保温液体库3容积为500万立方米。第一能量源1将液体8加热后用管 道输送到第一保温液体库2上层，抽取第一保温液体库2下层的液体返回第一能量源1，第 二能量源15的将加热的液体管通过可上下移动的布液器10输送到第一保温液体库2液体 的同温层，同时抽取第一保温液体库2底层的液体8返回第二能量源15。通过管道和泵使 液体从第一保温液体库2上部到用户再返回到第一保温液体库2液体的同温层，以此形成 供热循环。在夏季，抽取第一保温液体库2底层的液体到散热装置17与大气换热，升温后 的液体8通过可上下移动的布液器10返回第一保温液体库2的同温层；在冬季抽取第二 保温液体库3上层的液体通过散热装置17与大气换热，降温后的液体返回第二保温液体库 3底层，当第二保温液体库3库内温度降到0°C、大气温度降到0°C以下时，抽取底层液体通 过散热装置17和冰浆发生装置38得到含有冰浆33的液体返回第二保温液体库3上层，冰 浆33漂浮在上层；夏秋季需要时，抽取第一保温液体库2上层热液体加热吸收式制冷机30 的蒸馏器，给热降温后的液体通过可上下移动的布液器10返回到第一保温液体库2内与之温度相同的液体层，吸收式制冷机30蒸发侧冷却水可通过管道直接供冷，也可以通过循环 对第二保温液体库3的液体降温。通过管道和泵使液体从第二保温液体库3上部到用户再 返回到第二保温液体库3的下部，以此形成供冷循环。春季供热后期第一保温液体库2贮 存热能就开始增加，距离供冷中后期需要吸收式制冷机30制冷用热的时间间隔往往有3个 月，大于480小时；初入冬季，第二保温液体库3便开始通过散热器降温、冷能开始增加，到 夏季开始供冷、第二保温液体库3供冷后的液体温度上升冷能减少的时间间隔有四个月以 上，大于240小时(见图1)。在楼栋单元底层，安装自来水蓄热加热桶18通过加热管27壁加热蓄热换热桶内 的自来水，供应热水的热水管29垂直连接于蓄热换热桶的顶部并且垂直延伸到最上层的 热水用户(见图4)。实施例2作为第一能量源1的楼顶太阳能集热器，将加热的液体输送到吸收式制冷机30的 蒸馏器，给热降温后的液体返回集热器；吸收式制冷机30蒸发侧冷却水可通过管道直接供 冷，也可以通过循环对第二保温液体库3的液体降温；第二能量源15是利用热泵提取的自 来水的冷能；用户是一个住宅小区的居民空调；第一能量源1和第二能量源15全年产生的 冷量为1 X 107MJ ；第二保温液体库3的容积是50万立方米，蓄满的水降温30°C所释放的热 量为6. 27X 108MJ ；液体是水。第二能量源15将液体8冷却后用管道和可上下移动的布液 器10输送到第二保温液体库3的液体同温层，抽取第二保温液体库3上层的液体返回第二 能量源15。在冬季抽取第二保温液体库3上层的液体通过散热装置17与大气换热，降温后 的液体返回第二保温液体库3底层，当第二保温液体库3库内温度降到0°C、大气温度降到 0°C以下时，抽取底层液体通过散热装置17和冰浆发生装置38得到含有冰浆33的液体返 回第二保温液体库3上层，冰浆33漂浮在上层；供冷季节，通过管道和泵使液体从第二保温 液体库3上部到用户再返回到第二保温液体库3的下部，以此形成供冷循环(见图2)。实施例3液体是水和乙二醇混合的防冻液；第一能量源1是一夏季生产的水泥厂余热，全 年产生的可利用热量为5X107MJ，给三个供热系统热供热，本实施例是其中之一；第二能量 源15是地源热泵。用户5是多栋住宅楼；第一保温液体库2的容积是20万立方米。第一 能量源1来的工质通过换热器39将液体8加热后用管道输送到第一保温液体库2上层，抽 取第一保温液体库2下层的液体返回换热器39，第二能量源15将加热的液体8通过可上下 移动的布液器10输送到第一保温液体库2的同温液体层，同时抽取第一保温液体库2底层 的液体8返回第二能量源15。通过管道和泵使液体从第一保温液体库2上部到用户再返回 到第一保温液体库2的下部，以此形成供热循环。在夏季，抽取第一保温液体库2底层的液 体到散热装置17与大气换热，升温后的液体8通过可上下移动的布液器10返回第一保温 液体库2的同温层。供热季节，通过管道和泵使液体从第一保温液体库2上部到用户再返 回到第一保温液体库2液体的同温层，以此形成供热循环(见图3)。
权利要求
一种蓄能供能系统，能量源来的工质能量传递给保温液体库的液体(8)，保温液体库液体(8)的能量传递给用户，其特征在于保温液体库的容积大于5万立方米。
2.按照权利要求1所述的一种蓄能供能系统，其特征在于同一能量源全年产生的可利用能量小于贮存其能量用于供能的所有保温液体库蓄满的水合计降温50°C所释放热量的 10倍。
3.按照权利要求1所述的一种蓄能供能系统，其特征在于蓄热供热用途的保温液体库的容积大于的10万立方米。
4.按照权利要求1所述的一种蓄能供能系统，其特征在于保温液体库内至少设置一个可移动的布液器(10)。
5.一种按照权利要求1所述的蓄能供能系统的应用方式，其特征在于每年保温液体库存的能量开始增加的时间，距离系统开始供能、保温液体库库存的能量开始减少的时间间 隔大于360小时。
6.按照权利要求5所述的一种蓄能供能系统的应用方式，其特征在于每年蓄热型保温液体库的热量开始增加的时间，距离系统开始供热、保温液体库库存的热量开始减少的时 间间隔大于480小时。
7.按照权利要求5所述的一种蓄能供能系统的应用方式，其特征在于在贮热液体中累积能量的供能系统贮存发电余热或工业余热供能的情况下，保温液体库也贮存太阳能集热 器或热泵转换的能量。
8.按照权利要求5所述的一种蓄能供能系统的应用方式，其特征在于在贮热液体中累积能量的供能系统贮存发电余热或工业余热供能的情况下，保温液体库也贮存气候热能或 冷能用于供能。
9.按照权利要求5所述的一种蓄能供能系统的应用方式，其特征在于通过散热装置收集的大气热能加热保温液体库的液体(8)或通过散热装置收集的大气冷能冷却或冷冻保 温液体库的液体⑶。
10.按照权利要求1所述的一种蓄能供能系统的供应热水装置，在楼栋底层，供热管网的热液体通过自来水蓄热加热桶(18)内的加热管(27)加热自来水蓄热加热桶内(18)的 自来水，其特征是垂直连接于自来水蓄热加热桶(18)顶部的热水管(29)，垂直延伸到最上 层的热水用户。
全文摘要
本发明公开了一种蓄能供能系统及其应用方式和一种供应热水装置，以大于5万立方米的保温液体库贮存热源或冷源的热能或冷能用于供热或供冷，使热源或冷源一年四季产生的可利用热能或冷能得到充分的利用。本发明的供热热水装置在不使用循环水管和循环泵的情况下避免热水管中积存凉水。
文档编号F24D17/00GK101799228SQ20101013398
公开日2010年8月11日 申请日期2010年2月24日 优先权日2010年2月24日
发明者邢玉明 申请人:邢玉明