技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本
發(fā)明涉及
熱力學(xué)循環(huán)裝置和方法，所述熱力學(xué)循環(huán)裝置和方法尤其可以用于
能量存儲和/或廢熱存儲以及將廢熱回收成有用的能量。
背景技術(shù)
[0002] 在發(fā)電領(lǐng)域，在任何給定的時(shí)間，電力供應(yīng)和電力需求之間通常存在不匹配。
[0003] 作為示例，為了滿足需求，通常更有效的是連續(xù)運(yùn)行電站而不是間歇地運(yùn)行它們。然而，考慮到對
電能的需求持續(xù)
波動(尤其是在需求大幅下降的夜晚)，來自電站的電力供應(yīng)可能經(jīng)常超過需求
水平。作為再一示例，可再生發(fā)
電機(jī)由于可再生資源的不可預(yù)測性和可變性(例如
風(fēng)能、
波浪能、
太陽能強(qiáng)度等)而經(jīng)常產(chǎn)生波動的能量水平，并且這種依賴于時(shí)間的輸出很少與需求相匹配。因此，需要一種可以用于存儲由發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的能量(例如，當(dāng)對這種能量的需求低時(shí))、并且隨后能夠?qū)⒋鎯Φ哪芰哭D(zhuǎn)換回電能(例如，當(dāng)需求增加時(shí))的能量存儲系統(tǒng)。
[0004] 已知有幾種能量存儲系統(tǒng)，并且這些系統(tǒng)包括將電能轉(zhuǎn)換成隨后被存儲以供以后使用的
熱能的系統(tǒng)。
[0005] 抽水蓄能
水電(PSH)是目前大規(guī)?？捎玫淖钣行У哪芰看鎯鉀Q方案。然而，PSH需要山和湖/水庫，以便受益于其高循環(huán)效率。其它大規(guī)模能量存儲解決方案已被提出，但它們通常需要其它地理上受限制的特征(例如鹽洞)、復(fù)雜的低溫設(shè)施和
電池(不僅有限的有效壽命使其經(jīng)濟(jì)上是可置疑的，而且還需要
氣候受控環(huán)境，這增加了寄生損耗并帶來了重大的安全問題)，或者具有與在使用壽命結(jié)束時(shí)的停用和有害物質(zhì)處置相關(guān)的的高昂成本。
[0006] 許多工業(yè)和商業(yè)過程產(chǎn)生熱量的形式的廢物
能源。捕獲這種廢熱并將其轉(zhuǎn)換為可用能量的能力具有財(cái)經(jīng)和環(huán)境效益。因此需要存儲能量和/或捕獲廢熱。
[0007] 本發(fā)明的某些
實(shí)施例的目的是克服與
現(xiàn)有技術(shù)相關(guān)的某些缺點(diǎn)。
[0008] 本發(fā)明的某些實(shí)施例的目的是存儲能量和/或捕獲廢熱并將廢熱轉(zhuǎn)換成有用的能量。
發(fā)明內(nèi)容
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種熱力學(xué)循環(huán)裝置，包括：
[0010] (i)包含第一存儲介質(zhì)的第一儲存器；
[0011] (ii)包含第二存儲介質(zhì)的第二儲存器；
[0012] (iii)
熱泵，其具有熱耦接至所述第一儲存器以冷卻所述第一存儲介質(zhì)的冷側(cè)，以及熱耦接至所述第二儲存器以加熱所述第二存儲介質(zhì)的熱側(cè)；
[0013] (iv)第一
工作流體的第一熱力學(xué)回路，所述第一熱力學(xué)回路包括：
[0014] 第一
蒸發(fā)器，其用于蒸發(fā)所述第一工作流體以產(chǎn)生第一加壓蒸氣；
[0015] 第一膨脹器，其布置成使所述第一加壓蒸氣膨脹；以及
[0016] 第一
冷凝器，其布置成冷凝接收自所述第一膨脹器的第一工作流體，并且將第一工作流體提供給所述第一
蒸發(fā)器，所述第一冷凝器熱耦接至所述第一儲存器；
[0017] (v)第二工作流體的第二熱力學(xué)回路，所述第二熱力學(xué)回路包括：
[0018] 第二蒸發(fā)器，其用于蒸發(fā)所述第二工作流體以產(chǎn)生第二加壓蒸氣，所述第二蒸發(fā)器熱耦接至所述第二儲存器；
[0019] 第二膨脹器，其布置成使第二加壓蒸氣膨脹；以及
[0020] 第二冷凝器，其布置成冷凝接收自所述第二膨脹器的第二工作流體，并且向所述第二蒸發(fā)器提供第二工作流體；
[0021] (vi)輔助熱輸入器件，其熱連接至所述第一熱力學(xué)回路，使得輔助熱能夠有助于產(chǎn)生第一加壓蒸氣；以及
[0022] (vii)輔助熱輸出器件，其熱連接至所述第二熱力學(xué)回路，使得第二工作流體能夠?qū)崃可⑹е凛o助
散熱器；
[0023] 其中，所述第一熱力學(xué)回路熱獨(dú)立于所述第二熱力學(xué)回路，并且所述裝置能夠在充能模式、存儲模式和釋放模式下操作；
[0024] 其中，在充能模式下，熱泵被賦能以冷卻第一存儲介質(zhì)并加熱第二存儲介質(zhì)；
[0025] 在存儲模式下，冷卻的第一存儲介質(zhì)存儲在第一儲存器中，并且加熱的第二存儲介質(zhì)存儲在第二儲存器中；以及
[0026] 在釋放模式下，第一加壓蒸氣通過所述第一膨脹器膨脹，和/或第二加壓蒸氣通過所述第二膨脹器膨脹。
[0027] 在某些實(shí)施例中，第一膨脹器和第二膨脹器中的任一者或兩者可以包括
渦輪機(jī)、渦旋膨脹器、螺桿膨脹器、特斯拉
渦輪機(jī)或往復(fù)式
發(fā)動機(jī)中的一個。附加地或替代地，第一膨脹器和第二膨脹器中的任一者或兩者可以包括用于發(fā)電的膨脹器-發(fā)電機(jī)。
[0028] 第一熱力學(xué)回路和第二熱力學(xué)回路中任一者或兩者可以包括用于循環(huán)第一工作流體或第二工作流體的泵。第一冷凝器可以布置成經(jīng)由第一熱力學(xué)回路的泵向第一蒸發(fā)器提供第一工作流體，和/或第二冷凝器可以布置成經(jīng)由第二熱力學(xué)回路的泵向第二蒸發(fā)器提供第二工作流體。第一熱力學(xué)回路的泵和/或第二熱力學(xué)回路的泵可以選自：
離心泵、滑動
葉片泵、
蓋勞特泵、
齒輪滾子泵、齒輪泵、膜片泵、
活塞泵、
柱塞泵、
蠕動泵或
凸輪泵。裝置可以包括多個泵，其中，所述多個泵安裝在公共軸上。第一膨脹器和第二膨脹器中任一者或兩者可以安裝在公共軸上，公共軸可以是泵中的一個或更多個的公共軸。
[0029] 裝置可以進(jìn)一步包括輔助熱源，其用于經(jīng)由輔助熱輸入器件向第一熱力學(xué)回路提供輔助熱。輔助熱源可以包括以下中的一者或更多者：外部周圍空氣源、來自
建筑物內(nèi)部的空氣源、從空氣調(diào)節(jié)或制冷系統(tǒng)排出的熱量、周圍水源、地面源、地?zé)嵩?、太陽能熱源、太陽能池?a href='/zhuanli/list-23645-1.html' target='_blank'>生物活性熱源、來自工業(yè)過程的廢熱、以及來自發(fā)電技術(shù)產(chǎn)生的廢熱。
[0030] 裝置可以進(jìn)一步包括輔助
散熱器，其用于經(jīng)由輔助熱輸出器件從第二熱力學(xué)回路接收熱。輔助散熱器可以包括以下中的一者或更多者：外部周圍空氣源、來自建筑物內(nèi)部的空氣源、周圍水源、地面源和廢冷源。
[0031] 第二熱力學(xué)回路可以包括附加的輔助熱輸入器件，使得附加的輔助熱能夠有助于產(chǎn)生第二加壓蒸氣。裝置可以進(jìn)一步包括附加的輔助熱源，其用于經(jīng)由附加的輔助熱輸入器件向第二熱力學(xué)回路提供附加的輔助熱。
[0032] 裝置可以進(jìn)一步包括在第一蒸發(fā)器和第一膨脹器之間的第一
過熱器，第一
過熱器布置成使第一工作流體過熱。
[0033] 裝置可以進(jìn)一步包括在第二蒸發(fā)器和第二膨脹器之間的第二過熱器，第二過熱器布置成使第二工作流體過熱。
[0034] 裝置可以進(jìn)一步包括在第二冷凝器和第二蒸發(fā)器之間的預(yù)熱器，預(yù)熱器構(gòu)造為加熱第二工作流體。
[0035] 第一存儲介質(zhì)和第二存儲介質(zhì)中任一者或兩者可以包括封裝
相變材料或未封裝
相變材料。
[0036] 熱泵的冷側(cè)可以通過第一熱傳遞流體的第一熱傳遞回路熱耦接至第一儲存器。第一存儲介質(zhì)可以包括未封裝相變材料，并且第一熱傳遞流體不會與第一存儲介質(zhì)混溶。
[0037] 熱泵的熱側(cè)可以通過第二熱傳遞流體的第二熱傳遞回路熱耦接至第二儲存器。第二存儲介質(zhì)可以包括未封裝相變材料，并且第二熱傳遞流體不會與第二存儲介質(zhì)混溶。
[0038] 第一儲存器可以通過第三熱傳遞流體的第三熱傳遞回路熱耦接至第一熱力學(xué)回路的冷凝器。第三熱傳遞流體可以與第一熱傳遞流體相同。
[0039] 第二儲存器可以通過第四熱傳遞流體的第四熱傳遞回路熱耦接至第二熱力學(xué)回路的蒸發(fā)器。第四熱傳遞流體可以與第二熱傳遞流體相同。
[0040] 在某些實(shí)施例中，熱泵可以包括制冷劑的
制冷回路。制冷回路可以包括
制冷壓縮機(jī)、制冷蒸發(fā)器、制冷冷凝器或氣體冷卻器、以及用于使制冷劑膨脹的制冷膨脹器件，其中，熱泵的冷側(cè)包括制冷蒸發(fā)器，并且熱泵的熱側(cè)包括制冷冷凝器或氣體冷卻器。制冷膨脹器件可以包括制冷膨脹
閥或制冷劑膨脹器。
[0041] 第一存儲介質(zhì)和/或第二存儲介質(zhì)可以包括在裝置的充能模式、存儲模式和釋放模式中的任一種的操作期間不改變相的液體。裝置可以包括用以攪動和/或再循環(huán)第一存儲介質(zhì)以使第一儲存器內(nèi)的
溫度均勻化并抑制分層的器件、和/或包括用以攪動和/或再循環(huán)第二存儲介質(zhì)以使第二儲存器內(nèi)的溫度均勻化并抑制分層的器件。
[0042] 第一儲存器和/或第二儲存器可以各自包括初級容器和次級容器。第一存儲介質(zhì)可以是當(dāng)裝置以充能模式操作時(shí)能從初級第一容器傳遞到次級第一容器以及當(dāng)裝置以釋放模式操作時(shí)能從次級第一容器傳遞到初級第一容器的液體。第二存儲介質(zhì)可以是當(dāng)裝置以充能模式操作時(shí)能從初級第二容器傳遞到次級第二容器以及當(dāng)裝置以釋放模式操作時(shí)能從次級第二容器傳遞到初級第二容器的液體。
[0043] 裝置可以進(jìn)一步包括布置在第一儲存器和/或第二儲存器中的一個或更多個
熱交換器。
[0044] 裝置可以進(jìn)一步包括布置成使得與其熱連接的附加的輔助散熱器可以有助于第一加壓蒸氣的冷凝的附加的輔助散熱器件。裝置可以進(jìn)一步包括與附加的輔助散熱器件熱連接的附加的輔助散熱器。
[0045] 裝置可以進(jìn)一步包括附加的能量
存儲器件，該能量存儲器件布置成獨(dú)立于第一膨脹器和第二膨脹器輸出的能量而輸出能量。附加的能量存儲器件可以包括電容器、電池、
飛輪或其它非熱電能或機(jī)械能存儲器件。
[0046] 在某些實(shí)施例中，第一熱力學(xué)回路和第二熱力學(xué)回路中任一者或兩者可以包括
朗肯循環(huán)、洛倫茲循環(huán)或
卡林納循環(huán)。
[0047] 第一存儲介質(zhì)和第二存儲介質(zhì)中任一者或兩者可以構(gòu)造為在-50℃和200℃之間或者在-30℃和100℃之間的溫度下存儲。
[0048] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種操作熱力學(xué)循環(huán)裝置的方法，包括：(a)提供熱力學(xué)循環(huán)裝置，所述熱力學(xué)循環(huán)裝置包括：
[0049] (i)包含第一存儲介質(zhì)的第一儲存器；
[0050] (ii)包含第二存儲介質(zhì)的第二儲存器；
[0051] (iii)熱泵，其具有熱耦接至所述第一儲存器以冷卻所述第一存儲介質(zhì)的冷側(cè)，以及熱耦接至所述第二儲存器以加熱所述第二存儲介質(zhì)的熱側(cè)；
[0052] (iv)第一工作流體的第一熱力學(xué)回路，所述第一熱力學(xué)回路包括：
[0053] 第一蒸發(fā)器，其用于蒸發(fā)所述第一工作流體以產(chǎn)生第一加壓蒸氣；
[0054] 第一膨脹器，其布置成使所述第一加壓蒸氣膨脹；以及
[0055] 第一冷凝器，其布置成冷凝接收自第一膨脹器的第一工作流體并將第一工作流體提供給第一蒸發(fā)器，所述第一冷凝器熱耦接至第一儲存器；以及
[0056] (v)第二工作流體的第二熱力學(xué)回路，所述第二熱力學(xué)回路包括：
[0057] 第二蒸發(fā)器，其用于蒸發(fā)所述第二工作流體以產(chǎn)生第二加壓蒸氣，所述第二蒸發(fā)器熱耦接至所述第二儲存器；
[0058] 第二膨脹器，其布置成使第二加壓蒸氣膨脹；以及
[0059] 第二冷凝器，其布置成冷凝接收自所述第二膨脹器的第二工作流體，并且向所述第二蒸發(fā)器提供第二工作流體；
[0060] (b)通過給所述熱泵賦能在充能模式下操作所述裝置，以冷卻所述第一存儲介質(zhì)并加熱所述第二存儲介質(zhì)；
[0061] (c)通過將冷卻的第一存儲介質(zhì)存儲在所述第一儲存器中并將加熱的第二存儲介質(zhì)存儲在所述第二儲存器中，以在存儲模式下操作所述裝置；
[0062] (d)通過使用輔助熱源在第一釋放模式下操作所述裝置，以在所述第一蒸發(fā)器中產(chǎn)生所述第一加壓蒸氣、利用所述第一膨脹器使所述第一加壓蒸氣膨脹以及在所述第一冷凝器中冷凝所述第一工作流體；以及
[0063] (e)通過使用來自所述第二儲存器的熱量在第二釋放模式下操作所述裝置，以在所述第二蒸發(fā)器中產(chǎn)生所述第二加壓蒸氣、使所述第二加壓蒸氣膨脹以及使用輔助散熱器在所述第二冷凝器中冷凝所述第二工作流體；
[0064] 其中，步驟(d)和(e)能夠同時(shí)和彼此獨(dú)立地進(jìn)行。
[0065] 第一膨脹器和第二膨脹器中任一者或兩者可以包括渦輪機(jī)、渦旋膨脹器、螺桿膨脹器、特斯拉渦輪機(jī)或
往復(fù)式發(fā)動機(jī)中的一個，其中，渦輪機(jī)可以可選地是徑向渦輪機(jī)、軸向渦輪機(jī)或脈沖渦輪機(jī)。
[0066] 第一膨脹器和第二膨脹器中任一者或兩者可以包括用于生成電力的膨脹器-發(fā)電機(jī)。
[0067] 第一熱力學(xué)回路和第二熱力學(xué)回路中任一者或兩者可以包括用于使第一工作流體或第二工作流體循環(huán)的泵。
[0068] 該方法可以包括使用第一熱力學(xué)回路的泵將第一工作流體從第一冷凝器提供至第一蒸發(fā)器、和/或使用第二熱力學(xué)回路的泵將第二工作流體從第二冷凝器提供至第二蒸發(fā)器。第一熱力學(xué)回路的泵和/或第二熱力學(xué)回路的泵可以選自：離心泵、滑動葉片泵、蓋勞特泵、齒輪滾子泵、齒輪泵、膜片泵、
活塞泵、柱塞泵、蠕動泵或
凸輪泵。裝置可以包括多個泵，其中，所述多個泵安裝在公共軸上。第一膨脹器和第二膨脹器中任一者或兩者可以安裝在公共軸上，其可以包括或可以不包括泵中的一個或更多個。
[0069] 裝置可以包括輔助熱源，其用于經(jīng)由輔助熱輸入器件向第一熱力學(xué)回路提供輔助熱。輔助熱源可以包括以下中的一個或更多個：外部周圍空氣源、來自建筑物內(nèi)部的空氣源、空氣調(diào)節(jié)或制冷系統(tǒng)排出的熱量、周圍水源、地面源、地?zé)嵩础⑻柲軣嵩?、太陽能池、生物活性熱源、來自工業(yè)過程的廢熱、以及來自發(fā)電技術(shù)的廢熱。
[0070] 裝置可以包括輔助散熱器，并且方法包括使用輔助散熱器經(jīng)由輔助熱輸出器件從第二熱力學(xué)回路接收熱。輔助散熱器可以包括以下中的一個或更多個：外部周圍空氣源、來自建筑物內(nèi)部的空氣源、周圍水源、地面源和廢冷源。第二熱力學(xué)回路可以包括附加的輔助熱輸入器件，使得附加的輔助熱能夠有助于產(chǎn)生第二加壓蒸氣。裝置可以包括附加的輔助熱源，并且方法可以包括使用來自輔助熱源的熱量來幫助在充能模式、存儲模式、第一釋放模式和第二釋放模式中的任一者中產(chǎn)生第二加壓蒸氣。
[0071] 裝置可以包括在第一蒸發(fā)器和第一膨脹器之間的第一過熱器，并且方法可以包括使用第一過熱器來使第一工作流體過熱。
[0072] 裝置可以包括在第二蒸發(fā)器和第二膨脹器之間的第二過熱器，并且方法可以包括使用第二過熱器來使第二工作流體過熱。
[0073] 裝置可以包括在第二冷凝器和第二蒸發(fā)器之間的預(yù)熱器，并且方法可以包括使用預(yù)熱器來加熱第二工作流體。
[0074] 第一存儲介質(zhì)和第二存儲介質(zhì)中任一者或兩者可以包括封裝相變材料或未封裝相變材料。
[0075] 第一存儲介質(zhì)可以包括未封裝的材料，并且方法可以包括在充能模式的操作結(jié)束時(shí)將第一存儲介質(zhì)存儲為漿料或可裂解固體。
[0076] 第二存儲介質(zhì)可以包括未封裝的材料，并且方法可以包括在第二釋放模式的操作結(jié)束時(shí)將第二存儲介質(zhì)存儲為漿料或可裂解固體。
[0077] 熱泵的冷側(cè)可以通過第一熱傳遞流體的第一熱傳遞回路熱耦接至第一儲存器。第一存儲介質(zhì)可以包括未封裝相變材料，并且第一熱傳遞流體不會與第一存儲介質(zhì)混溶。
[0078] 熱泵的熱側(cè)可以通過第二熱傳遞流體的第二熱傳遞回路熱耦接至第二儲存器。第二存儲介質(zhì)可以包括未封裝相變材料，并且第二熱傳遞流體不會與第二存儲介質(zhì)混溶。
[0079] 第一儲存器可以通過第三熱傳遞流體的第三熱傳遞回路熱耦接至第一熱力學(xué)回路的冷凝器。第三熱傳遞流體可以與第一熱傳遞流體相同。
[0080] 第二儲存器可以通過第四熱傳遞流體的第四熱傳遞回路熱耦接至第二熱力學(xué)回路的蒸發(fā)器。第四熱傳遞流體可以與第二熱傳遞流體相同。
[0081] 在某些實(shí)施例中，熱泵可以包括制冷劑的制冷回路。制冷回路可以包括
制冷壓縮機(jī)、制冷蒸發(fā)器、制冷冷凝器或氣體冷卻器、以及用于使制冷劑膨脹的制冷膨脹器件，其中，熱泵的冷側(cè)包括制冷蒸發(fā)器，并且熱泵的熱側(cè)包括制冷冷凝器或這氣體冷卻器。制冷膨脹器件可以包括制冷膨脹閥或制冷劑膨脹器。
[0082] 第一存儲介質(zhì)和/或第二存儲介質(zhì)可以包括在裝置的充能模式、存儲模式和釋放模式中的任一者的操作期間不改變相的液體。
[0083] 裝置可以包括用以攪動和/或再循環(huán)第一/第二存儲介質(zhì)的器件，并且方法可以包括攪動和/或再循環(huán)第一存儲介質(zhì)/第二存儲介質(zhì)以使第一儲存器/第二儲存器內(nèi)的溫度在充能模式期間均勻化并抑制分層。
[0084] 第一儲存器和/或第二儲存器可以各自包括初級容器和次級容器。
[0085] 在某些實(shí)施例中，第一存儲介質(zhì)可以是液體，并且方法可以包括當(dāng)裝置在充能模式下操作時(shí)將第一存儲介質(zhì)從初級第一容器傳遞到次級第一容器，以及當(dāng)裝置以釋放模式操作時(shí)將第一存儲介質(zhì)從次級第一容器傳遞到初級第一容器。
[0086] 在某些實(shí)施例中，第二存儲介質(zhì)可以是液體，并且方法可以包括當(dāng)裝置在充能模式下操作時(shí)將第二存儲介質(zhì)從初級第二容器傳遞到次級第二容器，以及當(dāng)裝置以釋放模式操作時(shí)將第二存儲介質(zhì)從次級第二容器傳遞到初級第二容器。
[0087] 裝置可以包括布置在第一儲存器和/或第二儲存器中的一個或更多個熱交換器。
[0088] 裝置可以包括附加的輔助熱輸出器件，其布置成使得與其熱連接的附加的輔助散熱器可以有助于第一加壓蒸氣的冷凝。裝置可以包括與附加的輔助熱輸出器件熱連接的附加的輔助散熱器，并且方法可以包括使用附加的輔助散熱器來促進(jìn)第一加壓蒸氣的冷凝。
[0089] 第一熱力學(xué)回路可以包括單程熱交換器，并且方法可以包括：當(dāng)以第一釋放模式操作裝置時(shí)，通過單程熱交換器釋放第一存儲介質(zhì)并允許第一存儲介質(zhì)隨后分層。
[0090] 第二熱力學(xué)回路可以包括單程熱交換器，并且方法可以包括：當(dāng)以第二釋放模式操作裝置時(shí)，通過單程熱交換器釋放第二存儲介質(zhì)并允許第二存儲介質(zhì)隨后分層。
[0091] 裝置可以包括附加的能量存儲器件，該附加的能量存儲器件布置成獨(dú)立于由第一膨脹器和第二膨脹器輸出的能量而輸出能量。附加的能量存儲器件可以包括電容器、電池、飛輪或其它非熱電能或機(jī)械能存儲器件。
[0092] 該方法可以包括使用附加的能量存儲器件提供電能輸出，直到由第一釋放模式和/或第二釋放模式輸出的能量達(dá)到預(yù)定量。
[0093] 該方法可以包括：在在第一膨脹器和/或第二膨脹器中引入第一工作流體/第二工作流體之前驅(qū)動第一膨脹器和/或第二膨脹器。
[0094] 該裝置可以包括連接至第一膨脹器的輸入的第一
管道系統(tǒng)，并且該方法可以包括在第一釋放模式的操作之前用氣態(tài)第一工作流體對第一管道系統(tǒng)加壓。
[0095] 該裝置可以包括連接至第二膨脹器的輸入的第二管道系統(tǒng)，并且該方法可以包括在第二釋放模式的操作之前用氣態(tài)第二工作流體對第二管道系統(tǒng)加壓。
[0096] 第一熱力學(xué)回路和第二熱力學(xué)回路中任一者或兩者可以包括朗肯循環(huán)、洛倫茲循環(huán)或卡林納循環(huán)。
[0097] 該方法可以包括：在存儲模式中，以在-50℃和200℃之間或者在-30℃和100℃之間的溫度存儲第一存儲介質(zhì)和第二存儲介質(zhì)中任一者或兩者。
附圖說明
[0098] 下面參照附圖進(jìn)一步描述本發(fā)明的實(shí)施例，在附圖中：
[0099] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的熱力學(xué)循環(huán)裝置的示意圖；
[0100] 圖2是根據(jù)本發(fā)明一替代實(shí)施例的熱力學(xué)循環(huán)裝置的示意圖；
[0101] 圖3是根據(jù)本發(fā)明再一實(shí)施例的熱力學(xué)循環(huán)裝置的詳細(xì)圖示；
[0102] 圖4是根據(jù)本發(fā)明再一實(shí)施例的熱力學(xué)循環(huán)裝置的詳細(xì)圖示；
[0103] 圖5是根據(jù)本發(fā)明再一實(shí)施例的熱力學(xué)循環(huán)裝置的詳細(xì)圖示；
[0104] 圖6是根據(jù)本發(fā)明再一實(shí)施例的熱力學(xué)循環(huán)裝置的詳細(xì)圖示；
[0105] 圖7是根據(jù)本發(fā)明再一實(shí)施例的熱力學(xué)循環(huán)裝置的詳細(xì)圖示；
[0106] 圖8是根據(jù)本發(fā)明再一實(shí)施例的熱力學(xué)循環(huán)裝置的詳細(xì)圖示；
[0107] 圖9是根據(jù)本發(fā)明再一實(shí)施例的熱力學(xué)循環(huán)裝置的示意圖；以及
[0108] 圖10是可以由本發(fā)明的實(shí)施例使用的電力
電子器件的示意圖。
具體實(shí)施方式
[0109] 在圖1中示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的熱力學(xué)循環(huán)裝置100。熱力學(xué)循環(huán)裝置100包括：第一儲存器2，其包含第一存儲介質(zhì)；第二儲存器3，其包含第二存儲介質(zhì)；以及熱泵1，其具有熱耦接至第一儲存器2以冷卻第一存儲介質(zhì)的冷側(cè)，以及熱耦接至第二儲存器3以加熱第二存儲介質(zhì)的熱側(cè)。
[0110] 如下面關(guān)于本發(fā)明的另外的實(shí)施例(如圖3至圖8中所示)所描述的，熱泵1可以是制冷回路，其包括制冷壓縮機(jī)19、制冷蒸發(fā)器20、制冷冷凝器21和制冷膨脹器件，制冷膨脹器件可以是膨脹閥22(或制冷劑膨脹器)的形式并且包含制冷劑。在這類實(shí)施例中，熱泵1的冷側(cè)可以包括制冷蒸發(fā)器20，并且熱泵1的熱側(cè)可以包括制冷冷凝器21。在替代實(shí)施例中，熱泵1可以包括替代的合適的熱泵，而不必局限于本文中參考附圖描述的特定熱泵。例如，上述制冷回路的制冷冷凝器21可以是氣體冷卻器。
[0111] 熱力學(xué)循環(huán)裝置100進(jìn)一步包括第一工作流體23的第一熱力學(xué)回路4以及第二工作流體24的第二熱力學(xué)回路5。
[0112] 第一熱力學(xué)回路4包括第一蒸發(fā)器9、第一膨脹器6和第一冷凝器7。在圖中所示的非限制性實(shí)施例中，第一熱力學(xué)回路4包括用于泵送第一工作流體23的第一泵8。然而，在替代實(shí)施例中，可以提供用于使第一工作流體23循環(huán)以及在第一工作流體23中產(chǎn)生壓力差的其它器件。第一蒸發(fā)器9布置成蒸發(fā)第一工作流體23以產(chǎn)生第一加壓蒸氣。第一膨脹器6布置成接收并膨脹第一加壓蒸氣。在某些實(shí)施例中，第一膨脹器6可以是能夠生成電能的膨脹器發(fā)電機(jī)(expander?generator)。在替代實(shí)施例中，第一膨脹器6可以布置成向其它部件(例如，軸)提供機(jī)械功。在某些實(shí)施例中，第一膨脹器6可以是軸向渦輪機(jī)、徑向渦輪機(jī)、脈沖渦輪機(jī)(或其它類型的渦輪機(jī))、渦旋膨脹器、螺桿膨脹器、特斯拉渦輪機(jī)或往復(fù)式發(fā)動機(jī)。第一冷凝器7布置成冷凝接收自第一膨脹器6的第一工作流體并將第一工作流體23提供給第一蒸發(fā)器9(在圖1中所示的實(shí)施例中，經(jīng)由第一泵8)，從而完成第一熱力學(xué)回路4。第一冷凝器7熱耦接至第一儲存器2，但是第一工作流體23不同于包含在第一儲存器2中的第一存儲介質(zhì)。
[0113] 第二熱力學(xué)回路5包括第二蒸發(fā)器14、第二膨脹器11和第二冷凝器12。在圖中所示的非限制性實(shí)施例中，第二熱力學(xué)回路5包括用于泵送第二工作流體24的第二泵13。然而，在替代實(shí)施例中，可以提供用于使第二工作流體24循環(huán)并在第二工作流體24中產(chǎn)生壓力差的其它器件。第二蒸發(fā)器14布置成蒸發(fā)第二工作流體24以產(chǎn)生第二加壓蒸氣。第二蒸發(fā)器14熱耦接至第二儲存器3，但是第二工作流體24不同于包含在第二儲存器3中的第二存儲介質(zhì)。第二膨脹器11布置成接收并膨脹第二加壓蒸氣。在某些實(shí)施例中，第二膨脹器11可以是能夠產(chǎn)生電能的膨脹器發(fā)電機(jī)。在替代實(shí)施例中，第二膨脹器11可以布置成向其它部件(例如，軸)提供機(jī)械功。在某些實(shí)施例中，第二膨脹器11可以是徑向渦輪機(jī)、軸向渦輪機(jī)、脈沖渦輪機(jī)(或其它類型的渦輪機(jī))、渦旋膨脹器、螺桿膨脹器、特斯拉渦輪機(jī)或往復(fù)式發(fā)動機(jī)。
第二冷凝器12布置成冷凝接收自第二膨脹器11的第二工作流體24，并將第二工作流體24提供給第二蒸發(fā)器14(在圖1中所示的實(shí)施例中，經(jīng)由第二泵13)。
[0114] 圖1的熱力學(xué)循環(huán)裝置100包括輔助熱源10，輔助熱源10經(jīng)由輔助熱輸入器件熱連接至第一熱力學(xué)回路4，使得輔助熱可以從輔助熱源傳送到第一工作流體23并且有助于產(chǎn)生第一加壓蒸氣。輔助熱源10提供能量以蒸發(fā)第一工作流體23。在某些實(shí)施例中，輔助熱源10可以是豐富且可自由獲得的熱源，其可以可選地是周圍或環(huán)境熱源，比如空氣、來自建筑物或住宅內(nèi)的空氣、河流的流動、源自運(yùn)河水、源自地面源、太陽能池、水庫和湖泊等、從現(xiàn)有的空氣調(diào)節(jié)或制冷回路排出的熱量、或非常低等級的廢熱。一旦從輔助熱源10提取熱量，所產(chǎn)生的冷卻可以用于冷卻建筑物或住宅的內(nèi)部。例如，如果輔助熱源10是來自建筑物或住宅內(nèi)部的空氣，則可以從空氣中提取熱量，并且冷卻的空氣可以返回到建筑物或住宅的內(nèi)部，從而用作空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
[0115] 此外，圖1的熱力學(xué)循環(huán)裝置100包括輔助散熱器15，輔助散熱器15經(jīng)由輔助熱輸出器件熱連接至第二熱力學(xué)回路5，使得第二工作流體24可將熱量散失到輔助散熱器15。輔助熱輸入器件和/或輔助熱輸出器件可以是用于相應(yīng)地在第一工作流體23和第二工作流體24與輔助熱源10和輔助散熱器15之間傳遞熱能的熱交換器或任何其它合適的器件。輔助散熱器15提供用于在第二工作流體24離開第二膨脹器11之后從第二工作流體24排出熱量的手段，其中這種
熱損失(至少部分地)有助于第二工作流體24的冷凝。在某些優(yōu)選實(shí)施例中，輔助散熱器15理想地具有盡可能低的溫度，并且具有較大的吸收熱量的能力。合適的輔助散熱器15的示例包括但不限于周圍或環(huán)境熱源，比如空氣、來自建筑物或住宅內(nèi)部的空氣、河流的流動、運(yùn)河水源、地面源以及水庫和湖泊等。在來自建筑物或住宅內(nèi)部的空氣用作輔助散熱器15的實(shí)施例中，空氣隨后被加熱并且可以返回到建筑物或住宅以在其中提供加熱。在這類實(shí)施例中，裝置100可以部分地用作建筑物或住宅的空間加熱器。
[0116] 在某些實(shí)施例中，第一熱力學(xué)回路4熱獨(dú)立于第二熱力學(xué)回路5至使得不提供在它們之間交換熱量的器件的程度。
[0117] 熱力學(xué)循環(huán)裝置100可在充能模式(charging?mode)、存儲模式和釋放模式(discharge?mode)下操作。在充能模式下，熱泵1被賦能以冷卻第一儲存器2中的第一存儲介質(zhì)并加熱第二儲存器3中的第二存儲介質(zhì)。也就是說，提供能量(例如，電的和/或機(jī)械的)以操作熱泵1。提供給熱泵1的能量是由裝置100存儲的能量。在存儲模式下，冷卻的第一存儲介質(zhì)存儲在第一儲存器中，并且加熱的第二存儲介質(zhì)存儲在第二儲存器中。第一儲存器2和/或第二儲存器3可以是絕熱的，以在存儲模式期間減少其熱損失。在釋放模式下，第一加壓蒸氣通過第一膨脹器6膨脹，和/或第二加壓蒸氣通過第二膨脹器11膨脹。因此，能量可以在充能模式下輸入到熱力學(xué)循環(huán)裝置100，在存儲模式下存儲，并且在需要時(shí)通過操作第一膨脹器6和第二膨脹器11中任一者或兩者以釋放模式釋放。也就是說，第一釋放模式可以允許第一儲存器2的釋放(操作第一熱力學(xué)回路4，并且具體地是第一膨脹器6)，并且第二釋放模式可以允許第二儲存器的釋放(操作第二熱力學(xué)回路5，并且具體地是操作第二膨脹器11)，其中第一釋放模式和第二釋放模式可以一起操作或彼此分開操作。如果第一膨脹器6和/或第二膨脹器11是膨脹器發(fā)電機(jī)，則可以從裝置100回收電能。在替代實(shí)施例中，能量可以以不同形式(例如，機(jī)械能)回收。
[0118] 第一冷凝器7和第一儲存器2之間的熱耦接導(dǎo)致第一熱力學(xué)回路4的較低溫度由第一儲存器2的溫度決定。由于第一儲存器2在充能模式下由熱泵1冷卻，因此冷的第一儲存器2在第一釋放模式下輔助第一工作流體23的冷凝。輔助熱源10提供用于蒸發(fā)第一工作流體
23的能量，并且在圖1的實(shí)施例中，決定第一熱力學(xué)回路4的較高溫度。
[0119] 第二儲存器3和第二蒸發(fā)器14之間的熱耦接允許熱量從第二儲存器3傳遞到第二蒸發(fā)器14，以當(dāng)在第二釋放模式下操作時(shí)協(xié)助第二工作流體24的蒸發(fā)。在圖1中所示的實(shí)施例中，第二熱力學(xué)回路5的較高溫度將由第二儲存器3的溫度決定(當(dāng)在充能模式下操作時(shí)，其將由熱泵1增加)。第二熱力學(xué)回路5的較低溫度由輔助散熱器15決定。
[0120] 第一熱力學(xué)回路4和/或第二熱力學(xué)回路5可以包括用于允許任何合適的熱力學(xué)循環(huán)的操作的回路，包括但不限于朗肯循環(huán)、洛倫茲循環(huán)或卡林納循環(huán)。
[0121] 圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一替代實(shí)施例的圖1的熱力學(xué)循環(huán)裝置100的變型200。圖2的裝置200與圖1的裝置100相同，但另外包括第一過熱器16、第二預(yù)熱器17和第二過熱器18。
[0122] 第一過熱器16在第一熱力學(xué)循環(huán)4中設(shè)置在第一蒸發(fā)器9和第一膨脹器6之間。第一過熱器16布置成在第一工作流體23離開第一蒸發(fā)器9之后并且在第一工作流體23被第一膨脹器6膨脹之前向第一工作流體23提供熱量。由第一過熱器16提供的熱量可以是廢熱或來自次級熱源。
[0123] 第二預(yù)熱器17在第二熱力學(xué)回路5中設(shè)置在第二冷凝器12和第二蒸發(fā)器14之間(更具體地，在第二泵13和第二蒸發(fā)器14之間)。第二預(yù)熱器17布置成在第二工作流體24進(jìn)入第二蒸發(fā)器14之前預(yù)熱第二工作流體24。第二預(yù)熱器17可以利用廢熱或者是次級熱源。
[0124] 第二過熱器18在第二熱力學(xué)回路5中設(shè)置在第二蒸發(fā)器14和第二膨脹器11之間。第二過熱器18布置成在第二工作流體24離開第二蒸發(fā)器14之后并且在第二工作流體24被第二膨脹器11膨脹之前加熱第二工作流體24。由第二過熱器18提供的熱量可以是廢熱或來自次級熱源。
[0125] 下面參考圖3至圖9描述了根據(jù)本發(fā)明的再一些實(shí)施例。在所有描述的實(shí)施例中，相同的附圖標(biāo)記對應(yīng)于相同的部件和特征。
[0126] 圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的熱力學(xué)循環(huán)裝置300。在圖3的實(shí)施例中，封裝相變材料(PCM)相應(yīng)地用作第一儲存器2和第二儲存器3中的第一存儲介質(zhì)和第二存儲介質(zhì)。當(dāng)PCM從液相變?yōu)楣滔嗷蛳喾磿r(shí)，PCM能夠以相對恒定的溫度存儲或放出熱量。
[0127] 第一儲存器3中的第一(“冷側(cè)”)PCM是封裝相變材料，使得第一工作流體23不直接與PCM
接觸，并且在操作期間PCM不被沖
洗出第一儲存器2。封裝以允許第一工作流體23與PCM材料良好熱接觸(例如，多個封裝的球體、平板、管堆、蜂窩等)、并且在操作期間不會顯著阻礙第一工作流體23流動通過第一儲存器2的方式構(gòu)造。在該實(shí)施例中，第一儲存器2還用作第一冷凝器7。
[0128] 在以充能模式操作之前，設(shè)置閥27以在第一泵8操作時(shí)將第一工作流體23從第一儲存器2轉(zhuǎn)移到制冷蒸發(fā)器20。如果第一儲存器2在其先前操作期間完全釋放(即，通過第一釋放模式的操作)，則冷側(cè)PCM在該階段將完全是液體，并且將優(yōu)選地處于其熔點(diǎn)溫度，但是在一些構(gòu)造中，其可以是略高于熔點(diǎn)。
[0129] 第二儲存器3中的第二(“熱側(cè)”)PCM是封裝相變材料，使得第二工作流體24不直接與PCM接觸，并且在操作期間PCM不被傳遞出第二儲存器3。封裝以允許第二工作流體24與PCM材料良好熱接觸(例如，多個封裝的球體、平板、管堆、蜂窩等)、并且在操作期間不顯著阻礙第二工作流體24流動通過第二儲存器3的方式構(gòu)造。在該實(shí)施例中，第二儲存器3還用作第二蒸發(fā)器14。
[0130] 在以充能模式操作之前，可以打開可選的隔離閥40和42(如果存在的話)，并且可以關(guān)閉可選的隔離閥41和43(如果存在的話)?？蛇x的三通閥32和33可以設(shè)置成將第二工作流體24從第二儲存器3僅轉(zhuǎn)移到制冷冷凝器21，或者如果還要經(jīng)由熱交換器31利用一些附加的熱源，則轉(zhuǎn)移到合適的
位置(當(dāng)操作泵29以使第二工作流體24循環(huán)時(shí))。如果第二儲存器3在其先前操作期間完全釋放(即，通過第二釋放模式的操作)并且之后沒有經(jīng)由熱交換器31增加附加的熱量，則熱側(cè)PCM在該階段將完全是固態(tài)的。熱側(cè)PCM將優(yōu)選處于其熔點(diǎn)溫度，但在一些構(gòu)造中其可以略低于熔點(diǎn)。
[0131] 當(dāng)在充能模式下操作時(shí)，熱泵1連接至電能或機(jī)械能供應(yīng)并且被賦能以驅(qū)動制冷壓縮機(jī)19。這使得熱泵1內(nèi)的氣態(tài)制冷劑加壓并在進(jìn)入制冷冷凝器21之前升高其溫度。因此，熱量被供應(yīng)到通過泵29循環(huán)通過制冷冷凝器21的另一側(cè)的第二工作流體24。通過向第二工作流體24釋放熱量，制冷劑冷凝成液相。然后液相制冷劑進(jìn)入膨脹閥22，這降低了其壓力，并相應(yīng)地降低了其沸點(diǎn)。進(jìn)入制冷劑蒸發(fā)器20的制冷劑在從經(jīng)由泵8循環(huán)通過制冷劑蒸發(fā)器20的另一側(cè)的第一工作流體23提取熱量時(shí)
沸騰。
[0132] 裝置300以充能模式操作，直到優(yōu)選地(但并不是必須的)所有冷側(cè)PCM都
固化。這將可以通過當(dāng)從第一工作流體23提取的熱量不再來自冷側(cè)PCM的
熔化潛熱時(shí)第一工作流體23的顯著下降的溫度檢測到。
[0133] 可以調(diào)整第二儲存器3中的熱側(cè)PCM的
質(zhì)量，使得當(dāng)所有冷側(cè)PCM固化時(shí)，所有熱側(cè)PCM同時(shí)熔化，但這不是必需的。在某些實(shí)施例中(例如，為了允
許可選的從備用源回收和存儲廢熱)，在不以任何方式影響系統(tǒng)性能的情況下，熱側(cè)PCM的質(zhì)量可以超過這種“調(diào)整”值。
[0134] 在某些實(shí)施例中，充能模式可以在所有冷側(cè)PCM變?yōu)楣腆w的點(diǎn)處或之前停止操作，使得沒有能量被用于向冷側(cè)PCM提供“可
感知的冷卻”。這樣，可在熱泵1中保持固定的溫度差以及因而的性能系數(shù)，從而使得能夠圍繞單個操作點(diǎn)優(yōu)化熱泵1的設(shè)計(jì)和制冷劑的選擇。
[0135] 當(dāng)裝置300在存儲模式下操作時(shí)，熱泵1不工作，第一熱力學(xué)回路4中的任何部件也不工作。
[0136] 如果裝置300純粹作為能量存儲系統(tǒng)操作而沒有附加的熱源的回收，則第二熱力學(xué)回路5中的任何部件都將不操作。
[0137] 如果存在可用的附加的熱源，則可以通過將可選的三通閥32和33設(shè)定到使得泵29的操作使第二工作流體24轉(zhuǎn)移通過熱交換器31的位置以在存儲模式操作期間利用連續(xù)的或者間歇的熱源，來連續(xù)地對第二儲存器3進(jìn)行充能。
[0138] 系統(tǒng)的冷側(cè)和熱側(cè)的釋放可根據(jù)當(dāng)?shù)氐碾娏π枨螵?dú)立地或同時(shí)地進(jìn)行。也就是說，第一釋放模式可以允許第一儲存器2的釋放，并且第二釋放模式可以允許第二儲存器3的釋放。第一膨脹器6和第二膨脹器11可以在相應(yīng)的釋放模式操作之前處于休眠狀態(tài)，或者它們可以被發(fā)動使得它們相應(yīng)地在引入第一工作流體23和第二工作流體24之前處于操作速度。一些應(yīng)用可能需要瞬時(shí)電力，并且這可以通過使用電容存儲器53來提供，電容存儲器53可以包括在驅(qū)動/電力電子器件(power?electronics)52中以提供瞬時(shí)供應(yīng)(參見圖10)。
在替代實(shí)施例中，可以提供其它附加的非熱能存儲器件，其可以例如是機(jī)械的或電的。例如，附加的非熱能存儲器件可以是飛輪或電池。
[0139] 在第一釋放模式的操作之前，三通閥27
定位成使得泵8的操作使第一工作流體23轉(zhuǎn)移通過第一蒸發(fā)器9。
[0140] 在第一釋放模式的操作時(shí)，泵8將第一工作流體23從第一儲存器2泵送到第一蒸發(fā)器9中，在第一蒸發(fā)器9中，第一工作流體被熱源加熱并蒸發(fā)。在某些非限制性實(shí)施例中，熱連接至第一蒸發(fā)器9的熱源可以是周圍熱源(ambient?heat?source)或環(huán)境熱源。然后，第一工作流體23通過可選的熱交換器36(如果存在的話)，以接收來自第二工作流體24的在第二工作流體24離開第二膨脹器11時(shí)的任何剩余熱(如果第二釋放模式也在運(yùn)行)。這可以進(jìn)一步加熱氣態(tài)第一工作流體23(例如使其過熱)，或者可以替代地在進(jìn)入第一膨脹器6之前，通過將液體/蒸氣水平推入熱交換器36而升高蒸發(fā)第一工作流體23的溫度(如果熱力學(xué)上有利的話)。
[0141] 在進(jìn)入第一膨脹器6之前，如果存在可用的附加的熱源30，則第一工作流體23可以通過可選的熱交換器16。這可以進(jìn)一步加熱氣態(tài)第一工作流體23(例如使其過熱)，或者可以替代地在進(jìn)入第一膨脹器6之前，通過將液體/蒸氣水平推入熱交換器16而升高蒸發(fā)第一工作流體23的溫度(如果熱力學(xué)上有利的話)。
[0142] 氣態(tài)第一工作流體23進(jìn)入第一膨脹器6，并且由于整個第一膨脹器6中的壓力差(由第一儲存器2中的冷凝壓力和用于蒸發(fā)第一工作流體23的熱源設(shè)定)，當(dāng)?shù)谝还ぷ髁黧w23膨脹時(shí)，第一工作流體23驅(qū)動第一膨脹器6，從而將從第一蒸發(fā)器9(和可選的熱交換器36和16)中的熱源提取的能量轉(zhuǎn)換成電能或機(jī)械能。
[0143] 第一工作流體23以氣體狀態(tài)離開第一膨脹器6并返回到第一儲存器2，在第一儲存器2中，第一工作流體23與封裝的冷側(cè)PCM發(fā)生接觸并在PCM吸收如此做所需的潛熱時(shí)冷凝。當(dāng)?shù)谝粌Υ嫫?釋放時(shí)，該過程逐漸熔化冷側(cè)PCM。
[0144] 可以操作第一釋放模式以部分地或完全地熔化冷側(cè)PCM，并且仍然允許下一次充能模式操作在冷側(cè)PCM仍然處于其
冰點(diǎn)溫度的情況下開始。替代地，如果仍然能夠產(chǎn)生足夠的能量，則可能優(yōu)選的是繼續(xù)操作第一釋放模式直到所有冷側(cè)PCM熔化之后。這意味著熱泵1將在下一次充能模式操作期間在一定的溫度范圍內(nèi)運(yùn)行。無論哪種方式，可以通過測量第一工作流體23在第一儲存器2中或離開第一儲存器2的溫度上升來獲得冷側(cè)PCM已經(jīng)完全熔化的指示。
[0145] 在操作第二釋放模式之前，可以打開可選的隔離閥41和43(如果存在的話)。如果在第二釋放模式的操作期間經(jīng)由熱交換器31沒有可獲得的附加的熱量輸入，則可以關(guān)閉可選的隔離閥40和42(如果存在的話)。如果存在附加的熱源，則可以通過控制可選的三通閥32和33來連續(xù)地對第二儲存器3充能。具體而言，可選的三通閥32和33可以設(shè)定到使得泵29的操作使第二工作流體24轉(zhuǎn)移通過熱交換器31(可選的隔離閥40和42可以保持打開)的位置。這在第二釋放模式的操作期間利用了連續(xù)的(可選的)熱源，因此允許在不操作熱泵1的情況下同時(shí)對第二儲存器3進(jìn)行充能和釋放。
[0146] 在第二釋放模式操作時(shí)，閥41的打開在第二儲存器3中產(chǎn)生壓降，其中第二工作流體24已經(jīng)在由熱側(cè)PCM的熔點(diǎn)溫度(或接近該熔點(diǎn)溫度的溫度)設(shè)定的壓力下以飽和狀態(tài)存儲。以這種方式降低壓力促使第二工作流體24沸騰，并且因此從熱側(cè)PCM提取熱量，以解決第二工作流體24的蒸發(fā)所需的潛熱。
[0147] 在離開第二儲存器3和進(jìn)入第二膨脹器11之間，如果存在可用的附加的熱源，則氣態(tài)第二工作流體24可以通過可選的熱交換器18。這可以進(jìn)一步加熱氣態(tài)第二工作流體24(例如，增加過熱)，或者可以替代地用于在進(jìn)入第二膨脹器11之前，通過將液體/蒸氣水平推入該熱交換器18來升高蒸發(fā)第二工作流體24的溫度(如果熱力學(xué)有利的話)。
[0148] 氣態(tài)第二工作流體24進(jìn)入第二膨脹器11，并且由于第二膨脹器11中的壓力差(由第二冷凝器12中的第二工作流體24的冷凝壓力和用于蒸發(fā)第二工作流體24的熱源設(shè)定)，當(dāng)?shù)诙ぷ髁黧w24膨脹時(shí)，第二工作流體24驅(qū)動第二膨脹器11，并將從第二儲存器3(和可選的熱交換器18)提取的能量轉(zhuǎn)換成電能或機(jī)械能。
[0149] 在離開第二膨脹器11時(shí)，第二工作流體24仍然是氣態(tài)的并且可以進(jìn)入可選的熱交換器36，在熱交換器36中，第二工作流體24可以交換對第一工作流體23在熱力學(xué)上有利的任何剩余熱(如果第一釋放模式也在運(yùn)行的話)。在第一熱力學(xué)回路4熱獨(dú)立于第二熱力學(xué)回路5的實(shí)施例中不存在可選的熱交換器36。
[0150] 然后，第二工作流體24進(jìn)入第二冷凝器12(用作輔助熱輸出器件)，在第二冷凝器12中，第二工作流體24被輔助散熱器15冷凝。
[0151] 替代地，如果在熱力學(xué)上是有利的，則裝置300可構(gòu)造為使得第二工作流體24在可選的熱交換器36中冷凝，然后在第二冷凝器12中
過冷。
[0152] 然后將冷凝的熱側(cè)工作流體24吸入泵13的抽吸側(cè)，并經(jīng)由可選的熱交換器17泵送回?zé)醾?cè)熱儲存器3，在熱交換器17中，替代/廢熱源30(如果存在可用的話)可以預(yù)熱工作流體24。隨著熱側(cè)工作流體24在蒸發(fā)時(shí)從熱側(cè)PCM吸收熱量，該過程繼續(xù)逐漸地固化熱側(cè)PCM。
[0153] 第二釋放模式的操作可進(jìn)行，以部分地或完全地固化熱側(cè)PCM，并且仍然允許下一次充能模式的操作在熱側(cè)PCM仍處于其熔點(diǎn)溫度的情況下開始，或者在一些情形中，如果仍然能夠產(chǎn)生可感知的能量，則可能優(yōu)選的是，操作第二釋放模式直到所有熱側(cè)PCM固化的點(diǎn)之后。后一選擇意味著熱泵1將在下一次充能模式的操作期間在一定的溫度范圍內(nèi)運(yùn)行。在任何情況下，可以通過第二工作流體24在第二儲存器3中或離開第二儲存器3的可測量的溫度下降來提供熱側(cè)PCM已完全固化的指示。
[0154] 圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的熱力學(xué)循環(huán)裝置400。
[0155] 第一熱傳遞流體25用于在熱泵1和第一儲存器2、以及第一儲存器2和第一冷凝器7之間的熱耦接和熱交換。此外，第二熱傳遞流體28用于在熱泵1和第二儲存器3、以及第二儲存器3和第二蒸發(fā)器14之間的熱耦接和熱交換。第一熱傳遞流體25和第二熱傳遞流體28形成熱傳遞回路。在替代實(shí)施例中，可利用一個或更多個單獨(dú)的熱傳遞回路(例如，每個具有單獨(dú)的熱傳遞流體)來熱耦接熱泵1和第一儲存器2、第一儲存器2和第一冷凝器7、熱泵1和第二儲存器3、以及第二儲存器3和第二蒸發(fā)器14中的任一個。
[0156] 第一儲存器2中的冷側(cè)PCM是封裝相變材料，使得第一熱傳遞流體25不直接與PCM發(fā)生接觸，并且在操作期間PCM不會被沖洗出第一儲存器2。
[0157] 封裝以允許第一熱傳遞流體25與PCM材料良好熱接觸(例如，多個封裝的球體、平板、管堆、蜂窩等)、并且在操作期間不會顯著阻礙第一熱傳遞流體25流動通過第一儲存器2的方式構(gòu)造。
[0158] 在以充能模式操作之前，閥27設(shè)定成在泵26運(yùn)行時(shí)將第一傳遞流體25從第一儲存器2轉(zhuǎn)移到熱泵蒸發(fā)器20。冷側(cè)PCM在此階段將完全是液體(如果第一儲存器2在先前的釋放模式操作期間——即，在第一釋放模式的操作期間——完全釋放)，并且優(yōu)選地將處于其熔點(diǎn)溫度，盡管在某些構(gòu)造中可以略高于熔點(diǎn)。
[0159] 第二儲存器3中的熱側(cè)PCM是封裝PCM，使得第二熱傳遞流體28不與PCM發(fā)生直接接觸，并且在操作期間PCM不會被沖洗出第二儲存器3。封裝以允許第二熱傳遞流體28與PCM材料良好熱接觸(例如，多個封裝的球體、平板、管堆等)、并且在操作期間不會顯著阻礙第二熱傳遞流體28流動通過第二儲存器3的方式構(gòu)造。
[0160] 在充能模式下操作之前，可以打開可選的隔離閥40和42(如果存在的話)，并且可以關(guān)閉可選的隔離閥41和43(如果存在的話)。可選的三通閥32和33設(shè)定成當(dāng)泵29運(yùn)行時(shí)將第二熱傳遞流體28從第二儲存器3僅轉(zhuǎn)移到制冷冷凝器21，或者如果還要經(jīng)由熱交換器31使用一些附加的熱源，則傳遞到合適的位置。熱側(cè)PCM在該階段將完全是固態(tài)的(如果第二儲存器3在先前的釋放模式操作期間——即，在第二釋放模式的操作期間——完全釋放)，并且之后沒有經(jīng)由熱交換器31增加附加的熱量。熱側(cè)PCM優(yōu)選處于其熔點(diǎn)溫度，但在一些構(gòu)造中其可以略低于熔點(diǎn)。
[0161] 當(dāng)在充能模式下操作時(shí)，熱泵1被賦能(例如連接至電能供應(yīng)或機(jī)械能供應(yīng))以驅(qū)動制冷壓縮機(jī)19。這在進(jìn)入制冷冷凝器21之前加熱并加壓熱泵1內(nèi)的氣態(tài)制冷劑。因此，熱量被供應(yīng)到經(jīng)由泵29循環(huán)通過制冷冷凝器21的另一側(cè)的第二熱傳遞流體28。向第二熱傳遞流體28放出熱量將熱泵制冷劑冷凝成液相，然后熱泵制冷劑進(jìn)入膨脹閥22，這會降低其壓力，并且相應(yīng)地降低其沸點(diǎn)。進(jìn)入制冷蒸發(fā)器20的制冷劑在其從經(jīng)由泵26循環(huán)通過制冷蒸發(fā)器20的另一側(cè)的第一熱傳遞流體25提取熱量時(shí)沸騰。
[0162] 充能模式的操作可以優(yōu)選地(盡管不是必須)繼續(xù)，直到所有冷側(cè)PCM固化為止。這將可以通過當(dāng)從第一儲存器2提取的熱不再來自冷側(cè)PCM的
熔化潛熱時(shí)第一熱傳遞流體25的顯著下降的溫度檢測到。
[0163] 在某些優(yōu)選實(shí)施例中，可以調(diào)整第二儲存器3中的熱側(cè)PCM的質(zhì)量，使得實(shí)現(xiàn)所有冷側(cè)PCM都固化的情況與所有熱側(cè)PCM都熔化的情況一致。實(shí)際上，并且為了允許可選的從備選源回收廢熱，在不以任何方式影響系統(tǒng)性能的情況下，熱側(cè)PCM的質(zhì)量可以超過該調(diào)整值。
[0164] 在某些實(shí)施例中，充能模式的操作在所有冷側(cè)PCM變?yōu)楣虘B(tài)的點(diǎn)處或之前停止，使得沒有能量用于向冷側(cè)PCM提供“可感知的冷卻”。這樣，可在熱泵1上保持固定的溫差以及因而的性能系數(shù)，從而允許熱泵設(shè)計(jì)和制冷劑選擇圍繞單個操作點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化。
[0165] 在某些實(shí)施例中，在存儲模式的操作期間，可以不操作熱泵1，也不操作第一熱力學(xué)回路4中的任何部件。
[0166] 如果裝置400純粹作為能量存儲系統(tǒng)運(yùn)行而沒有附加的熱源的回收，則也不需要操作第二熱力學(xué)回路5中的任何部件。
[0167] 如果存在可用的附加的熱源，則可以通過將可選的三通閥32和33設(shè)置到使得泵29的操作使第二熱傳遞流體25轉(zhuǎn)移通過熱交換器31的位置以在充能模式操作期間利用連續(xù)的或間歇的熱源，來連續(xù)地對第二儲存器3進(jìn)行充能。
[0168] 與以上關(guān)于圖3描述的實(shí)施例一樣，第一熱力學(xué)回路4和第二熱力學(xué)回路5的釋放可根據(jù)當(dāng)?shù)氐哪芰恳螵?dú)立地或同時(shí)地完成。也就是說，第一釋放模式可以允許第一熱力學(xué)回路4的釋放，并且第二釋放模式可以允許第二熱力學(xué)回路5的釋放。第一膨脹器6和第二膨脹器11可以在釋放模式操作之前處于休眠狀態(tài)，或者它們可以被發(fā)動使得它們在引入第一工作流體23和第二工作流體24之前處于操作速度。在可能需要瞬時(shí)能量的實(shí)施例中，電容存儲器53可以包括在驅(qū)動/電力電子器件52中以提供瞬時(shí)供應(yīng)(參見圖10)。在替代實(shí)施例中，可以提供其它附加的非熱能存儲器件，其可以例如是機(jī)械的或電的。例如，附加的非熱能存儲器件可以是飛輪或電池。
[0169] 在第一釋放模式的操作之前，三通閥27定位成使得泵26的操作使第一熱傳遞流體25轉(zhuǎn)移通過第一冷凝器7。
[0170] 在第一釋放模式的操作時(shí)，泵8將第一工作流體23泵送到第一蒸發(fā)器9中，在第一蒸發(fā)器9中，第一工作流體23通過熱源被加熱并蒸發(fā)。在某些非限制性實(shí)施例中，熱源可以是周圍熱源。然后，第一工作流體23通過可選的熱交換器36，以從第二工作流體24拾取在第二工作流體24離開第二膨脹器11時(shí)的任何余熱(如果第二釋放模式正在操作)。這進(jìn)一步加熱氣態(tài)第一工作流體23(例如使其過熱)，或者替代地可用于在進(jìn)入第一膨脹器6之前，通過將液體/蒸氣水平推入該熱交換器36來升高蒸發(fā)第一工作流體23的溫度(如果熱力學(xué)有利的話)。
[0171] 在進(jìn)入第一膨脹器6之前，如果存在可用的附加的熱源30，則第一工作流體23可以通過可選的熱交換器16。這進(jìn)一步加熱氣態(tài)第一工作流體23(例如使其過熱)，或者替代地可用于在進(jìn)入第一膨脹器6之前，通過將液體/蒸氣水平推入該熱交換器16來升高蒸發(fā)第一工作流體23的溫度(如果熱力學(xué)有利的話)。
[0172] 氣態(tài)第一工作流體23進(jìn)入第一膨脹器發(fā)電機(jī)6，并且由于第一冷凝器7中的冷凝壓力和用于蒸發(fā)第一工作流體23的熱源設(shè)定的膨脹器中的壓力差，當(dāng)?shù)谝还ぷ髁黧w23膨脹時(shí)，第一工作流體23驅(qū)動膨脹器發(fā)電機(jī)6，從而將從第一蒸發(fā)器9(和可選的熱交換器36和16)中的熱源提取的能量轉(zhuǎn)換為電能或機(jī)械能。
[0173] 第一工作流體23在仍處于氣體狀態(tài)時(shí)離開第一膨脹器6并進(jìn)入第一冷凝器7。泵26將第一熱傳遞流體25從第一儲存器2泵送到第一冷凝器7中。這使得第一工作流體23與第一儲存器2熱接觸，這在第一熱傳遞流體25從第一工作流體23吸收熱量時(shí)冷凝第一工作流體23。然后，冷凝的第一工作流體23可以可選地首先進(jìn)入緩沖存儲器37(如果存在的話)，并且然后進(jìn)入泵8，或者再次直接吸入到泵8中以使循環(huán)繼續(xù)。離開第一冷凝器7的第一熱傳遞流體25返回到第一儲存器2，在第一儲存器2中，當(dāng)?shù)谝会尫拍Ｊ讲僮鲿r(shí)，第一熱傳遞流體25與冷側(cè)PCM進(jìn)行熱交換，從而使冷側(cè)PCM逐漸熔化。
[0174] 第一釋放模式的操作可進(jìn)行以部分地或完全地熔化冷側(cè)PCM，并且在冷側(cè)PCM仍處于其冰點(diǎn)溫度的情況下還允許下一次充能模式的操作開始。替代地，在一些實(shí)施例中，如果仍然能夠產(chǎn)生可感知的能量，則可能優(yōu)選的是操作第一釋放模式直到所有冷側(cè)PCM都熔化的情況之后，這意味著熱泵1將在下一次充能模式的操作期間在一定的溫度范圍內(nèi)操作。在任何情況下，可以通過第一儲存器2中或離開第一儲存器2的第一熱傳遞流體25的溫度的可測量升高來提供冷側(cè)PCM已完全熔化的指示。
[0175] 在操作第二釋放模式之前，可以打開可選的隔離閥41和43(如果存在的話)。如果在第二釋放模式的操作期間經(jīng)由熱交換器31沒有可獲得的附加的熱量輸入，則可以關(guān)閉可選的隔離閥40和42(如果存在的話)。如果存在可用的附加的熱源，則可以通過將可選的三通閥32和33設(shè)定到使得泵29的操作使第二熱傳遞流體28轉(zhuǎn)移通過熱交換器31的位置以在第二釋放模式的操作期間使用連續(xù)的熱源并通過使可選的隔離閥40和42保持打開來連續(xù)地對第二儲存器3進(jìn)行充能。這允許在不操作熱泵1的情況下同時(shí)對第二儲存器3進(jìn)行充能以及操作第二釋放模式。
[0176] 在第二釋放模式的操作時(shí)，操作泵39以使第二熱傳遞流體28從第二儲存器3循環(huán)到第二蒸發(fā)器14。在離開第二蒸發(fā)器14時(shí)，第二熱傳遞流體28返回到第二儲存器3以允許連續(xù)的循環(huán)。操作泵13以將第二工作流體24泵送到第二蒸發(fā)器14的另一側(cè)，在第二蒸發(fā)器14中，第二工作流體24利用來自第二熱傳遞流體28的熱量而蒸發(fā)。
[0177] 第二工作流體24離開第二蒸發(fā)器14，并且在進(jìn)入第二膨脹器11之前，如果存在可用的附加的/廢熱源30，則第二工作流體24可以通過可選的熱交換器18。這進(jìn)一步加熱氣態(tài)第二工作流體24(例如，增加過熱)，或者替代地可用于在進(jìn)入第二膨脹器11之前，通過將液體/蒸氣水平推入該熱交換器18來升高蒸發(fā)第二工作流體24的溫度(如果熱力學(xué)有利的話)。
[0178] 氣態(tài)第二工作流體24進(jìn)入第二膨脹器11，并且由于第二膨脹器11上的壓力差(由第二冷凝器12中的第二工作流體24的冷凝壓力和用于蒸發(fā)第二工作流體24的熱源設(shè)定)，第二工作流體24驅(qū)動膨脹器11(當(dāng)?shù)诙ぷ髁黧w24膨脹時(shí))，從而將從第二熱傳遞流體28(和可選的熱交換器18)提取的能量轉(zhuǎn)換成電能或機(jī)械能。
[0179] 在離開第二膨脹器11時(shí)，第二工作流體24仍然是氣態(tài)的并且可以進(jìn)入可選的熱交換器36，在熱交換器36中，第二工作流體24可以交換將對第一工作流體23在熱力學(xué)上有利的任何剩余熱(如果第一釋放模式也在運(yùn)行的話)。
[0180] 然后，第二工作流體24進(jìn)入第二冷凝器12，在第二冷凝器12中，第二工作流體24通過在第二冷凝器12的另一側(cè)的輔助散熱器15冷凝。在某些非限制性實(shí)施例中，輔助散熱器15可以是周圍散熱器。
[0181] 替代地，如果在熱力學(xué)上是有利的，則裝置400可構(gòu)造為使得第二工作流體24在可選的熱交換器36中冷凝，并且隨后在第二冷凝器12中過冷。
[0182] 然后，冷凝的第二工作流體24可以可選地首先進(jìn)入緩沖存儲器38(如果存在的話)，并且然后進(jìn)入泵13，或者被直接吸入泵13中以使循環(huán)繼續(xù)并(經(jīng)由可選的熱交換器17)被泵送回第二蒸發(fā)器14，其中替代/廢熱源30可預(yù)熱第二工作流體24(如果可用的話)。
[0183] 當(dāng)?shù)诙ぷ髁黧w24蒸發(fā)時(shí)，第二工作流體24(經(jīng)由第二熱傳遞流體28)從其吸收熱量，該過程可以繼續(xù)并致使熱側(cè)PCM逐漸
凝固。
[0184] 第二釋放模式的操作可進(jìn)行，以部分地或完全地固化熱側(cè)PCM，并且在熱側(cè)PCM仍處于其熔點(diǎn)溫度的情況下仍然允許下一次充能模式的操作開始。替代地，在一些情形中，如果仍然能夠產(chǎn)生可感知的能量，則可能優(yōu)選的是操作第二釋放模式直到所有熱側(cè)PCM固化的情況之后。這意味著熱泵1將在下一次充能模式的操作期間在一定的溫度范圍內(nèi)運(yùn)行。在任何情況下，可以通過第二儲存器3中或離開第二儲存器3的第二熱傳遞流體28的可測量的溫度下降來提供熱側(cè)PCM已完全固化的指示。
[0185] 圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的熱力學(xué)循環(huán)裝置500。
[0186] 在圖5的實(shí)施例中，在第一儲存器2和第二儲存器3中使用未封裝的PCM，以便在PCM從液相變?yōu)楣滔嗷蛳喾磿r(shí)以相對恒定的溫度存儲或放出熱量。
[0187] 第一儲存器2中的冷側(cè)PCM不以任何方式封裝。第一熱傳遞流體25與冷側(cè)PCM直接接觸。這兩種物質(zhì)被選擇成使得它們不能混溶并具有不同的比重，使得當(dāng)PCM處于液相和固相時(shí)它們不會容易地混合并且在重力作用下分離。由于這種自然分離，可以定位抽吸端口，使得在充能模式的操作期間，僅第一熱傳遞流體25從第一儲存器2中抽出，同時(shí)允許與冷側(cè)PCM的最佳熱接觸。
[0188] 這種自然分離還允許抽吸端口的定位使得在第一釋放模式的操作期間，僅冷側(cè)PCM的固體/液體漿料混合物從第一儲存器2中抽出。應(yīng)該理解的是，可能存在夾帶在漿料內(nèi)的第一熱傳遞流體25的痕跡，但是這些痕跡將是最低程度的。
[0189] 在充能模式操作之前，冷側(cè)PCM將完全是液體的(如果第一儲存器2在先前的第一釋放模式操作期間完全釋放)，并且優(yōu)選地將處于其熔點(diǎn)溫度，盡管在一些實(shí)施例中它可以是略高于熔點(diǎn)。
[0190] 第二儲存器3中的熱側(cè)PCM不以任何方式封裝。第二熱傳遞流體28與熱側(cè)PCM直接接觸。選擇這兩種物質(zhì)使得它們不能混溶并具有不同的比重，使得當(dāng)PCM處于液相和固相時(shí)它們不會容易地混合并且在重力作用下分離。由于這種自然分離，可以定位抽吸端口，使得在第二釋放模式的操作期間，僅第二熱傳遞流體28從第二儲存器3中抽出，同時(shí)允許與熱側(cè)PCM的最佳熱接觸。
[0191] 這種自然分離還允許抽吸端口的定位，使得在充能模式的操作期間，僅熱側(cè)PCM的固體/液體漿料混合物44從第二儲存器3抽吸出。應(yīng)該理解的是，可能存在夾帶在漿料內(nèi)的第二熱傳遞流體28的痕跡，但是這些痕跡將是最低程度的。
[0192] 在充能模式的操作之前，可以打開可選的隔離閥40和42(如果存在的話)，并且可以關(guān)閉可選的隔離閥41和43(如果存在的話)。可選的三通閥32和33設(shè)定成當(dāng)泵29運(yùn)行時(shí)將熱側(cè)PCM漿料44從第二儲存器3僅轉(zhuǎn)移到制冷冷凝器21，或者如果還要(經(jīng)由熱交換器31)使用一些附加的熱源，則傳遞到合適的位置。在該階段，熱側(cè)PCM將是固體/液體漿料，其中精確的固液含量將取決于在前的第二釋放模式運(yùn)行了多長時(shí)間，以及之后是否經(jīng)由熱交換器31增加了任何附加的熱量。熱側(cè)PCM將優(yōu)選處于其熔點(diǎn)溫度。
[0193] 在充能模式的操作期間，熱泵1被賦能以驅(qū)動制冷壓縮機(jī)19。這在制冷劑進(jìn)入制冷冷凝器21之前加熱并加壓熱泵1內(nèi)的氣態(tài)制冷劑。因此，熱量被供應(yīng)到經(jīng)由泵29循環(huán)通過制冷冷凝器21的另一側(cè)的熱側(cè)PCM漿料44。向熱側(cè)PCM漿料44放出熱量將熱泵制冷劑冷凝成液相，然后熱泵制冷劑進(jìn)入制冷膨脹閥22，從而降低其壓力，并相應(yīng)地降低其沸點(diǎn)。進(jìn)入制冷蒸發(fā)器20的制冷劑在其從經(jīng)由泵26循環(huán)通過制冷蒸發(fā)器20的另一側(cè)的第一熱傳遞流體25提取熱量時(shí)沸騰。
[0194] 在該階段期間，第一熱傳遞流體25離開制冷蒸發(fā)器20之后在其將立即與液相冷側(cè)PCM發(fā)生接觸的點(diǎn)處返回到第一儲存器2。如果液相冷側(cè)PCM已經(jīng)處于其熔點(diǎn)溫度，則其與重新進(jìn)入第一儲存器2的第一熱傳遞流體25接觸時(shí)將形成小的固體顆粒。由于這些物質(zhì)的不混溶性及其不同的比重，它們將分離，從而允許第一熱傳遞流體25在充能模式的操作期間連續(xù)地泵送出第一儲存器2并通過制冷蒸發(fā)器20。根據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)，冷側(cè)PCM的固化顆粒將在液相冷側(cè)PCM中上升或下沉。這導(dǎo)
致冷側(cè)PCM漿料的積聚集中在第一儲存器2內(nèi)。充能模式的操作可以優(yōu)選地繼續(xù)直到所有冷側(cè)PCM漿料在第一儲存器2內(nèi)已經(jīng)達(dá)到最大期望固體
密度的情況。
[0195] 在充能模式的操作期間，隨著熱泵1將熱量傳遞給熱PCM漿料44，通過制冷冷凝器21和/或可選的熱交換器31的熱PCM漿料44將繼續(xù)熔化。
[0196] 可以調(diào)整第二儲存器3中的第二PCM的質(zhì)量(但不是必需的)，使得當(dāng)出現(xiàn)最大冷側(cè)PCM漿料固體密度的情況時(shí)，它與所有熱側(cè)PCM熔化的情況一致。實(shí)際上，并且為了允許可選的從備用源回收廢熱，在不以任何形式影響系統(tǒng)性能的情況下，熱側(cè)PCM的質(zhì)量可以超過該值。
[0197] 充能模式的操作可以在冷側(cè)PCM漿料達(dá)到最大可容許固體密度的情況下或之前停止，使得沒有能量被用于向冷側(cè)PCM提供“可感知的冷卻”。這樣，可在熱泵1上保持固定的溫差以及因而的性能系數(shù)，從而允許熱泵設(shè)計(jì)和制冷劑選擇圍繞單個操作點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化。
[0198] 在某些實(shí)施例中，在存儲模式的操作期間，熱泵1不操作，并且第一熱力學(xué)回路中的任何部件也不操作。
[0199] 如果裝置500純粹作為能量存儲系統(tǒng)操作而沒有回收附加的熱源，則裝置500可以處于休眠狀態(tài)，其中，第二熱力學(xué)回路中沒有處于活動狀態(tài)的部件。
[0200] 如果存在可用的附加的熱源30，則可以通過將可選的三通閥32和33設(shè)置到使得泵29的操作使熱側(cè)PCM漿料44轉(zhuǎn)移通過熱交換器31的位置以在存儲階段期間利用連續(xù)的或者間歇的熱源，從而連續(xù)地對第二儲存器3進(jìn)行充能。
[0201] 與以上關(guān)于圖3和圖4描述的實(shí)施例一樣，第一儲存器2和第二儲存器3的釋放可以根據(jù)當(dāng)?shù)氐哪芰恳螵?dú)立地或同時(shí)地完成。也就是說，第一釋放模式可以允許第一儲存器2的釋放，并且第二釋放模式可以允許第二儲存器3的釋放。第一膨脹器6和第二膨脹器11可以在釋放之前處于休眠狀態(tài)，或者它們可以被發(fā)動，使得它們在引入第一工作流體23和第二工作流體24之前處于操作速度。在可能需要瞬時(shí)能量的實(shí)施例中，電容存儲器53可包括在驅(qū)動/電力電子器件52中以提供瞬時(shí)供應(yīng)(參見圖10)。在替代實(shí)施例中，可以提供其它附加的非熱能存儲器件，其可以例如是機(jī)械的或電的。例如，附加的非熱能存儲器件可以是飛輪或電池。
[0202] 在第一釋放模式的操作時(shí)，泵8將第一工作流體23泵送到第一蒸發(fā)器9中，在第一蒸發(fā)器9中，第一工作流體23被輔助熱源10加熱和蒸發(fā)。在某些非限制性實(shí)施例中，輔助熱源可以是周圍熱源。然后，第一工作流體23通過可選的熱交換器36，以從第二工作流體24拾取在第二工作流體24離開第二膨脹器11時(shí)的任何剩余熱(如果還正在操作第二釋放模式)。這進(jìn)一步加熱氣態(tài)第一工作流體23(例如使其過熱)，或者替代地可以用于在進(jìn)入第一膨脹器6之前，通過將液體/蒸氣水平推入該熱交換器36來升高蒸發(fā)第一工作流體23的溫度(如果熱力學(xué)有利的話)。
[0203] 在進(jìn)入第一膨脹器6之前，如果存在附加的熱源30，則第一工作流體23可以通過可選的熱交換器16。這進(jìn)一步加熱氣態(tài)第一工作流體23(例如使其過熱)，或者替代地可用于在進(jìn)入第一膨脹器6之前，通過將液體/蒸氣水平推入該熱交換器16來升高蒸發(fā)第一工作流體23的溫度(如果熱力學(xué)有利的話)。
[0204] 氣態(tài)第一工作流體23進(jìn)入第一膨脹器6，并且由于整個第一膨脹器6中的壓力差(由第一冷凝器7中的冷凝壓力和用于蒸發(fā)第一工作流體23的熱源設(shè)定)，第一工作流體23驅(qū)動膨脹器6(當(dāng)?shù)谝还ぷ髁黧w23膨脹時(shí))，從而將從第一蒸發(fā)器9(和可選的熱交換器36和16)中的輔助熱源提取的能量轉(zhuǎn)換成電能或機(jī)械能。
[0205] 第一工作流體23在仍處于氣體狀態(tài)時(shí)離開第一膨脹器6，并進(jìn)入第一冷凝器7。泵46將冷側(cè)PCM漿料45從第一儲存器2泵送到第一冷凝器7中。這使得第一工作流體23與冷側(cè)PCM漿料45熱接觸，當(dāng)冷PCM漿料45從第一工作流體23吸收熱量并熔化時(shí)，冷側(cè)PCM漿料45冷凝第一工作流體23。然后，冷凝的第一工作流體23可以可選地首先進(jìn)入緩沖存儲器37(如果存在的話)，并且然后進(jìn)入泵8，或者再次直接吸入到泵8中以使循環(huán)繼續(xù)。離開第一冷凝器7的冷側(cè)PCM以完全液體或以更大的液體比例返回第一儲存器2。當(dāng)?shù)谝会尫拍Ｊ竭\(yùn)行時(shí)，該過程逐漸熔化冷側(cè)PCM漿料45。
[0206] 第一釋放模式的操作可進(jìn)行，以部分地或完全地熔化冷側(cè)PCM漿料45，并且在冷側(cè)PCM仍處于其冰點(diǎn)溫度的情況下仍然允許下一次充能模式的操作開始。替代地，在一些實(shí)施例中，如果仍然能夠產(chǎn)生可感知的能量，則可能優(yōu)選的是操作第一釋放模式以超過所有冷側(cè)PCM漿料45都熔化的點(diǎn)。這意味著熱泵1將在下一次充能模式的操作期間在一定的溫度范圍內(nèi)運(yùn)行。在任何情況下，冷側(cè)PCM已完全熔化的指示可以通過在第一儲存器2中或從第一儲存器2離開的冷側(cè)PCM的溫度升高來檢測。
[0207] 在操作第二釋放模式之前，可以打開可選的隔離閥41和43(如果存在的話)。如果在釋放階段期間經(jīng)由熱交換器31沒有可獲得的附加的熱量輸入，則可以關(guān)閉可選的隔離閥40和42(如果存在的話)。如果存在可用的附加的熱源，則可以通過將可選的三通閥32和33設(shè)定到使得泵29的操作使熱側(cè)PCM漿料44轉(zhuǎn)移通過熱交換器31的位置，以在第二釋放模式的操作期間并通過使可選的隔離閥40和42保持打開來利用連續(xù)的熱源，從而連續(xù)地對第二儲存器3進(jìn)行充能。這允許在不操作熱泵1的情況下同時(shí)對第二儲存器3進(jìn)行充能并操作第二釋放模式。
[0208] 在操作第二釋放模式時(shí)，操作泵39以使第二熱傳遞流體28從第二儲存器3循環(huán)到第二蒸發(fā)器14。在離開第二蒸發(fā)器14時(shí)，第二熱傳遞流體28在其
馬上就要與液相熱側(cè)PCM發(fā)生接觸的點(diǎn)處返回到第二儲存器3，以允許熱側(cè)PCM的連續(xù)循環(huán)和冷卻。操作泵13以將第二工作流體24泵送到第二蒸發(fā)器14的另一側(cè)，在第二蒸發(fā)器14中，使用來自第二熱傳遞流體28的熱量使第二工作流體24蒸發(fā)。
[0209] 第二工作流體24離開第二蒸發(fā)器14，并且在進(jìn)入第二膨脹器11之前，如果存在附加的熱源30，第二工作流體24可以通過可選的熱交換器18。這進(jìn)一步加熱氣態(tài)第二工作流體24(例如，增加過熱)，或者替代地可以用于在進(jìn)入第二膨脹器11之前，通過將液體/蒸氣水平推入該熱交換器18來升高蒸發(fā)第二工作流體24的溫度(如果熱力學(xué)有利的話)。
[0210] 氣態(tài)第二工作流體24進(jìn)入第二膨脹器11，并且由于膨脹器上的壓力差(由第二冷凝器12中的第二工作流體24的冷凝壓力和用于蒸發(fā)第二工作流體24的熱量設(shè)定)，第二工作流體24驅(qū)動膨脹器11(當(dāng)?shù)诙ぷ髁黧w24膨脹時(shí))，從而將從第二熱傳遞流體28(和可選的熱交換器18)提取的能量轉(zhuǎn)換成電能或機(jī)械能。
[0211] 在離開第二膨脹器11時(shí)，第二工作流體24仍然是氣態(tài)的并且然后可以進(jìn)入可選的熱交換器36，在熱交換器36中，第二工作流體24可以交換對第一工作流體23有利的任何剩余熱(如果第一釋放模式同時(shí)在運(yùn)行的話)。
[0212] 然后，第二工作流體24進(jìn)入第二冷凝器12，在第二冷凝器12中，第二工作流體24通過在第二冷凝器的另一側(cè)上的輔助散熱器15冷凝。在某些非限制性實(shí)施例中，輔助散熱器15可以是周圍散熱器。
[0213] 替代地，如果在熱力學(xué)上是有利的，則裝置500可構(gòu)造為使得第二工作流體24在可選的熱交換器36中冷凝，然后在第二冷凝器12中過冷。
[0214] 然后，冷凝的第二工作流體24可以可選地首先進(jìn)入緩沖存儲器38(如果存在的話)，然后進(jìn)入泵13，或者直接吸入泵13中以使循環(huán)繼續(xù)并(經(jīng)由可選的熱交換器17)被泵送回第二蒸發(fā)器14，其中替代/廢熱源30可預(yù)熱第二工作流體24(如果可獲得的話)。
[0215] 當(dāng)?shù)诙醾鬟f流體28離開第二蒸發(fā)器14并重新進(jìn)入第二儲存器3時(shí)，它在第二儲存器3中具有冷卻效果。一旦熱側(cè)PCM材料達(dá)到其冰點(diǎn)溫度，經(jīng)由第二熱傳遞流體28的任何進(jìn)一步冷卻將導(dǎo)致在與重新進(jìn)入第二儲存器3的第二熱傳遞流體28接觸時(shí)形成熱側(cè)PCM的固化的小顆粒。
[0216] 由于物質(zhì)的不混溶性及其不同的比重，它們將分離，從而允許第二熱傳遞流體28在第二釋放模式的操作期間連續(xù)地被泵送出第二儲存器3并通過第二蒸發(fā)器14。根據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)，熱側(cè)PCM的固化顆粒將在液相熱側(cè)PCM中上升或下沉。這導(dǎo)致熱側(cè)PCM漿料的積聚集中在第二儲存器3內(nèi)。第二釋放模式的操作可以繼續(xù)，直到優(yōu)選地(但不是必須地)熱側(cè)PCM漿料在第二儲存器3內(nèi)已經(jīng)達(dá)到最大期望固體密度的情況。
[0217] 第二釋放模式的操作可以進(jìn)行，以使熱側(cè)PCM漿料部分地或者全部固化至最大所需固體密度，并且仍然允許下一次充能模式的操作在熱側(cè)PCM在第二儲存器3內(nèi)仍然處于其熔點(diǎn)溫度的情況下開始。
[0218] 圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的熱力學(xué)循環(huán)裝置600。
[0219] 在圖6的實(shí)施例中，第一儲存器2和第二儲存器3中的第一存儲介質(zhì)和第二存儲介質(zhì)相應(yīng)地包括在正常操作溫度期間不改變相的液體介質(zhì)。即，第一存儲介質(zhì)是第一(或“冷側(cè)”)存儲液體，并且第二存儲介質(zhì)是第二(或“熱側(cè)”)存儲液體。
[0220] 第一儲存器2中的第一存儲液體是優(yōu)選具有高
比熱容并且優(yōu)選在其冷卻時(shí)將不發(fā)生相變的液體。在該實(shí)施例中，第一存儲液體和第一熱傳遞流體25是同一種介質(zhì)。
[0221] 在充能模式的操作之前，閥27設(shè)定成在泵26運(yùn)行時(shí)將第一熱傳遞流體25從第一儲存器2轉(zhuǎn)移到制冷蒸發(fā)器20。如果第一儲存器2在先前的第一釋放模式操作期間(即，在第一釋放模式的操作期間)完全釋放，則冷側(cè)存儲液體將完全處于其最高存儲溫度。
[0222] 第二儲存器3中的第二存儲液體是優(yōu)選具有高比
熱容并且優(yōu)選在其加熱時(shí)將不發(fā)生相變的液體。在該實(shí)施例中，第二存儲液體和第二熱傳遞流體28是同一種介質(zhì)。
[0223] 在充能模式的操作之前，可以打開可選的隔離閥40和42(如果存在的話)，并且可以關(guān)閉可選的隔離閥41和43(如果存在的話)。可選的三通閥32和33可以設(shè)定成當(dāng)泵29運(yùn)行時(shí)從第二儲存器3將第二熱傳遞流體28單獨(dú)地轉(zhuǎn)移到制冷冷凝器21，或者如果還要(經(jīng)由熱交換器31)使用一些附加的熱源，則傳遞到合適的位置。如果第二儲存器3在先前的第二釋放模式操作期間(即，在第二釋放模式的操作期間)完全釋放并且如果之后沒有經(jīng)由熱交換器31增加附加的熱量，則熱側(cè)熱存儲液體將完全處于其最低存儲溫度。
[0224] 在充能模式下操作時(shí)，熱泵1被賦能以驅(qū)動制冷壓縮機(jī)19。這在進(jìn)入制冷冷凝器21并將熱量供應(yīng)到經(jīng)由泵29循環(huán)通過制冷冷凝器21的另一側(cè)的第二熱傳遞流體28之前加熱并加壓熱泵1內(nèi)的氣態(tài)制冷劑。向第二熱傳遞流體28放出熱量將熱泵制冷劑冷凝成液相，然后熱泵制冷劑進(jìn)入制冷膨脹閥22，這降低了其壓力并相應(yīng)地降低了其沸點(diǎn)。進(jìn)入制冷蒸發(fā)器20的制冷劑在其從經(jīng)由泵26循環(huán)通過制冷蒸發(fā)器20的另一側(cè)的第一熱傳遞流體25提取熱量時(shí)沸騰。
[0225] 充能模式的操作可以優(yōu)選地繼續(xù)直到所有冷側(cè)熱存儲液體達(dá)到其最低存儲溫度的情況。這將通過第一熱傳遞流體25的達(dá)到預(yù)定水平的溫度來指示(并因此可檢測)。
[0226] 可以調(diào)整第二儲存器3中的熱側(cè)熱存儲液體的質(zhì)量(但不是必需的)，使得當(dāng)所有冷側(cè)熱存儲液體完全冷卻時(shí)的情況與所有熱側(cè)熱存儲液體完全加熱的情況一致。實(shí)際上，并且為了允許來自備用源的可選的廢熱回收，在不以任何形式影響系統(tǒng)性能的情況下，熱側(cè)熱存儲液體的質(zhì)量可以超過該值。
[0227] 盡管不是必需的，但優(yōu)選的是，第一儲存器2和第二儲存器3中的溫度在充能模式的整個操作過程中均勻化。這可以通過攪動第一儲存器2和第二儲存器3(例如通過再循環(huán)第一熱傳遞流體25和第二熱傳遞流體28，或通過其它手段(
通風(fēng)、機(jī)械攪拌器等))以及控制熱泵1的操作使得熱泵1中的冷凝溫度在任何點(diǎn)處都略微高于總體第二儲存器3溫度、并且熱泵1中的蒸發(fā)溫度在任何點(diǎn)處都略低于總體第一儲存器2溫度來實(shí)現(xiàn)。該充能過程將確保熱泵1在充能持續(xù)期間的平均性能系數(shù)盡可能高，以便最大化系統(tǒng)的循環(huán)效率。
[0228] 在某些實(shí)施例中，在存儲模式的操作期間，可以不操作熱泵1，也不操作第一熱力學(xué)回路4中的任何部件。
[0229] 如果裝置600純粹作為能量存儲系統(tǒng)操作而沒有附加的熱源的回收，則裝置600可以處于休眠狀態(tài)，在第二熱力學(xué)回路5中沒有處于活動狀態(tài)的部件。
[0230] 如果存在可用的附加的熱源，則可以通過將可選的三通閥32和33設(shè)置到使得泵29的操作使第二熱傳遞流體28轉(zhuǎn)移通過熱交換器31的位置以在存儲階段期間利用連續(xù)的或間歇的熱源來連續(xù)地對第二儲存器3進(jìn)行充能。
[0231] 與以上關(guān)于圖3、圖4和圖5描述的實(shí)施例一樣，第一熱力學(xué)回路4和第二熱力學(xué)回路5的釋放可以根據(jù)當(dāng)?shù)氐哪芰啃枨螵?dú)立地或同時(shí)地完成。也就是說，第一釋放模式可以允許第一熱力學(xué)回路4的釋放，并且第二釋放模式可以允許第二熱力學(xué)回路5的釋放。第一膨脹器6二膨脹器可以在釋放之前處于休眠狀態(tài)，或者它們可以被發(fā)動，使得它們在引入第一工作流體23和第二工作流體24之前處于操作速度。在可能需要瞬時(shí)動力的實(shí)施例中，電容存儲器53可包括在驅(qū)動/電力電子器件52中以提供瞬時(shí)供應(yīng)(參見圖10)。在替代實(shí)施例中，可以提供其它附加的非熱能存儲器件，其可以例如是機(jī)械的或電的。例如，附加的非熱能存儲器件可以是飛輪或電池。
[0232] 在第一釋放模式的操作之前，三通閥27定位成使得泵26的操作使第一熱傳遞流體25轉(zhuǎn)移通過第一冷凝器7。
[0233] 在第一釋放模式的操作時(shí)，泵8將第一工作流體23泵送到第一蒸發(fā)器9中，在第一蒸發(fā)器9中，第一工作流體23被來自第一輔助源10的熱量加熱和蒸發(fā)。在某些非限制性實(shí)施例中，輔助熱源10可以是周圍熱源。然后，第一工作流體23通過可選的熱交換器36，以從第二工作流體24中拾取在第二工作流體24離開第二膨脹器11時(shí)的任何剩余熱(如果還正在操作第二釋放模式)。這進(jìn)一步加熱氣態(tài)第一工作流體23(例如使其過熱)，或者替代地可用于在進(jìn)入第一膨脹器6之前，通過將液體/蒸氣水平推入該熱交換器36來升高蒸發(fā)第一工作流體23的溫度(如果熱力學(xué)有利的話)。
[0234] 在進(jìn)入第一膨脹器6之前，如果存在可用的附加的熱源30，則第一工作流體23可以通過可選的熱交換器16。這進(jìn)一步加熱氣態(tài)第一工作流體23(例如使其過熱)，或者替代地可以用于在進(jìn)入第一膨脹器6之前，通過將液體/蒸氣水平推入該熱交換器16來升高蒸發(fā)第一工作流體23的溫度(如果熱力學(xué)有利的話)。
[0235] 氣態(tài)第一工作流體23進(jìn)入第一膨脹器6，并且由于第一膨脹器6上的壓力差(由第一冷凝器7中的冷凝壓力和用于蒸發(fā)第一工作流體23的熱源設(shè)定)，第一工作流體23驅(qū)動第一膨脹器6(當(dāng)?shù)谝还ぷ髁黧w23膨脹時(shí))，從而將從第一蒸發(fā)器9(和可選的熱交換器36和16)中的熱源提取的能量轉(zhuǎn)換成電能或機(jī)械能。
[0236] 第一工作流體23在仍處于氣體狀態(tài)時(shí)離開第一膨脹器6并且進(jìn)入第一冷凝器7。泵26將第一熱傳遞流體25從第一儲存器2泵送到第一冷凝器7中。這使得第一工作流體23與第一儲存器2熱接觸，當(dāng)冷的熱傳遞流體25從第一工作流體23吸收熱量時(shí)，這使得第一工作流體23冷凝。然后，冷凝的第一工作流體23可以可選地首先進(jìn)入緩沖存儲器37(如果存在的話)，并且然后進(jìn)入泵8，或者再次吸入到泵8中以使循環(huán)繼續(xù)。離開第一冷凝器7的第一熱傳遞流體25返回到第一儲存器2，在第一儲存器2中，當(dāng)?shù)谝会尫拍Ｊ竭\(yùn)行時(shí)，第一熱傳遞流體
25與冷側(cè)熱存儲液體交換熱量并加熱冷側(cè)熱存儲液體。
[0237] 第一釋放模式可以進(jìn)行以部分或完全加熱冷側(cè)熱存儲液體，并且仍然允許下一次充能模式的操作從總體溫度達(dá)到均勻化開始。無論哪種方式，第一儲存器2的完全釋放可以通過檢測第一儲存器2中或離開第一儲存器2的第一熱傳遞流體25的溫度升高來指示。
[0238] 有利的是(但不是必需的)，在第一釋放模式的操作期間，冷側(cè)熱存儲液體被從第一儲存器2(其例如可以是罐)的底部抽出，并且以允許第一儲存器2中的熱存儲液體分層使得抽出的液體總是處于最低存儲溫度并以最高存儲溫度返回第一儲存器2的流速返回到第一儲存器2的頂部。這將導(dǎo)致第一冷凝器7中的第一工作流體23的最低可能的冷凝壓力，并因此使第一膨脹器6上的
焓變化最大化。
[0239] 在操作第二釋放模式之前，可以打開可選的隔離閥41和43(如果存在的話)。如果在第二釋放模式的操作期間經(jīng)由熱交換器31沒有可獲得的附加的熱量輸入，則可以關(guān)閉可選的隔離閥40和42(如果存在的話)。如果存在可用的附加的熱源，則可以通過將可選的三通閥32和33設(shè)置到使得泵29的操作使第二熱傳遞流體28轉(zhuǎn)移通過熱交換器31的位置以在第二釋放模式的操作期間利用連續(xù)的熱源并通過使可選的隔離閥40和42保持打開，來連續(xù)地對第二儲存器3進(jìn)行充能。這允許在不操作熱泵1的情況下同時(shí)對第二儲存器3進(jìn)行充能并操作第二釋放模式。
[0240] 在第二釋放模式的操作時(shí)，操作泵39以使第二熱傳遞流體28從第二儲存器3循環(huán)到第二蒸發(fā)器14。在離開第二蒸發(fā)器14時(shí)，第二熱傳遞流體28返回到第二儲存器3以允許繼續(xù)循環(huán)。操作泵13以將第二工作流體24泵送到第二蒸發(fā)器14的另一側(cè)，在第二蒸發(fā)器14中，使用來自第二熱傳遞流體28的熱量使第二工作流體24蒸發(fā)。
[0241] 第二工作流體24離開第二蒸發(fā)器14，并且在進(jìn)入第二膨脹器11之前，如果存在可用的附加的/廢熱源30，第二工作流體24可以通過可選的熱交換器18。這進(jìn)一步加熱氣態(tài)第二工作流體24(例如，增加過熱)，或者替代地可以用于在進(jìn)入第二膨脹器11之前，通過將液體/蒸氣水平推入該熱交換器18來升高蒸發(fā)第二工作流體24的溫度(如果熱力學(xué)有利的話)。
[0242] 氣態(tài)第二工作流體24進(jìn)入第二膨脹器11，并且由于膨脹器上的壓力差(由第二冷凝器12中的第二工作流體24的冷凝壓力和用于蒸發(fā)第二工作流體24的熱源設(shè)定)，第二工作流體24驅(qū)動第二膨脹器11(當(dāng)?shù)诙ぷ髁黧w24膨脹時(shí))，從而將從第二熱傳遞流體28(和可選的熱交換器18)提取的能量轉(zhuǎn)換成電能或機(jī)械能。
[0243] 在離開第二膨脹器11時(shí)，第二工作流體24仍然是氣態(tài)的并且可以然后進(jìn)入可選的熱交換器36，在熱交換器36中，第二工作流體24可以交換對第一工作流體23有利的任何剩余熱(如果第一釋放模式同時(shí)在運(yùn)行的話)。
[0244] 然后，第二工作流體24進(jìn)入第二冷凝器12，在第二冷凝器12中，第二工作流體24通過第二冷凝器12的另一側(cè)上的輔助散熱器15冷凝。在某些非限制性實(shí)施例中，輔助散熱器可以是周圍散熱器(ambient?heat?sink)。
[0245] 替代地，如果在熱力學(xué)上是有利的，則裝置600可構(gòu)造為使得第二工作流體24在可選的熱交換器36中冷凝，然后在第二冷凝器12中過冷。
[0246] 然后，冷凝的第二工作流體24可以可選地首先進(jìn)入緩沖存儲器38(如果存在的話)，并且然后進(jìn)入泵13，或者直接抽入泵13中以使循環(huán)繼續(xù)并經(jīng)由可選的熱交換器17泵送回第二蒸發(fā)器14中，在熱交換器17中，替代/廢熱源30可預(yù)熱工作流體24(如果存在可用的話)。
[0247] 隨著第二工作流體24在蒸發(fā)時(shí)經(jīng)由第二熱傳遞流體28從熱側(cè)熱存儲液體吸收熱量，第二釋放模式的操作逐漸導(dǎo)致熱側(cè)熱存儲液體的冷卻。
[0248] 第二釋放模式的操作可以進(jìn)行，以部分地或完全地冷卻第二儲存器3，并允許下一次充能模式的操作從總體溫度達(dá)到均勻化開始。無論哪種方式，第二儲存器3的完全釋放可以由第二儲存器3中或離開第二儲存器3的第二熱傳遞流體28的溫度下降來指示(并因此被檢測)。
[0249] 有利的是(但不是必需的)，在第二釋放模式的操作期間，熱側(cè)熱存儲液體被從第二儲存器3(其例如可以是罐)的頂部抽出，并且以允許第二儲存器3中的熱存儲液體分層使得抽出的液體總是處于最高存儲溫度并以最低存儲溫度返回第二儲存器3的流速返回到第二儲存器3底部。這將導(dǎo)致第二蒸發(fā)器14中的第二工作流體24的最高可能的蒸發(fā)壓力，并因此使第二膨脹器11上的焓變化最大化。
[0250] 圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的熱力學(xué)循環(huán)裝置700。在圖7的實(shí)施例中，第一儲存器2包括兩個分開的第一容器2a、2b，并且第二儲存器3包括兩個分開的第二容器3a、3b。第一存儲介質(zhì)和第二存儲介質(zhì)是在裝置700的正常操作期間不改變相的液體。這樣，可以經(jīng)由第一容器2a、2b以及第二容器3a、3b中的可感知的加熱和冷卻來存儲熱能。當(dāng)?shù)谝淮鎯橘|(zhì)被加熱和冷卻時(shí)，其在兩個第一容器2a、2b之間來回移動(例如，被泵送)。類似地，當(dāng)?shù)诙鎯橘|(zhì)被加熱和冷卻時(shí)，其在兩個第二容器3a、3b之間來回移動(例如，被泵送)。
[0251] 圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的熱力學(xué)循環(huán)裝置800。在圖8的實(shí)施例中，提供了第三儲存器50，其用作中間溫帶熱存儲器。第一儲存器2、第二儲存器3和第三儲存器50中的每個包括其中具有一個或更多個熱交換器的存儲罐。圖8的實(shí)施例例示了通過一些簡單的構(gòu)造將熱交換器布置在罐中是如何允許消除一些輔助泵送負(fù)載的。此外，離開第二儲存器3的廢熱可以被捕獲在第三儲存器50中。這些特征可以包括在上述實(shí)施例中的任一個中。在圖8的具體實(shí)施例中，第一存儲介質(zhì)和第二存儲介質(zhì)是在裝置800的正常操作期間不改變相的液體介質(zhì)。這樣，可以經(jīng)由第一儲存器2和第二儲存器3中的可感知的加熱和冷卻來存儲熱能。
[0252] 圖9示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的熱力學(xué)循環(huán)裝置900。圖9的裝置900與圖1的裝置100相同，但另外包括熱源54和散熱器55。因此，附加的部件54和55以及相關(guān)操作(在下面進(jìn)行了描述)可以并入到上述實(shí)施例中的任一個中。
[0253] 熱源54允許熱泵1運(yùn)行并加熱第二儲存器3，而不從第一儲存器2
抽取熱量。如果裝置900先前在第二釋放模式下操作而沒有操作第一釋放模式(即，使第二儲存器3“再充能”)，則可以使用這種布置。
[0254] 散熱器53允許熱泵1運(yùn)行以冷卻第一儲存器2，而不加熱第二儲存器3。如果裝置900先前在第一釋放模式下操作而沒有操作第二釋放模式(即使第一儲存器2“再充能”)，則可以使用這種布置。
[0255] 圖10示意性地示出了可以在本發(fā)明的某些實(shí)施例中使用的電力電子器件52。電力電子器件52示出為電連接至膨脹器發(fā)電機(jī)，膨脹器發(fā)電機(jī)可以包括第一膨脹器6或第二膨脹器11中的任一個。電力電子器件52構(gòu)造為調(diào)節(jié)膨脹器發(fā)電機(jī)6、11的發(fā)電機(jī)并處理至本地
電網(wǎng)的任何連接協(xié)議。電容存儲器53(例如，電容器)被提供并且可以用于減少在級間存在DC
電壓總線的情況下所需的電力和輸送的電力之間的時(shí)間。電力電子器件52還可用于驅(qū)動膨脹器-發(fā)電機(jī)6、11，以允許在需要電力時(shí)更快的啟動時(shí)間。在替代實(shí)施例中，代替電容存儲器53或者除了電容存儲器53之外,可以提供其它附加的非熱能存儲器件，例如，其可以是機(jī)械的或電的。例如，所述附加的非熱能存儲器件可以是飛輪、壓縮空氣(或其它氣體)或電池。
[0256] 在某些實(shí)施例中，第一存儲介質(zhì)和第二存儲介質(zhì)(在第一儲存器2和第二儲存器3中)的存儲溫度可以是200℃或低于200℃、100℃或低于100℃、-50℃或高于-50℃和/或-30℃或高于-30℃。在某些實(shí)施例中，第一存儲介質(zhì)的存儲溫度與第二存儲介質(zhì)的存儲溫度之間的差可以在30℃和120℃之間。在某些實(shí)施例中，第一存儲介質(zhì)的存儲溫度與第二存儲介質(zhì)的存儲溫度之間的差可以在30℃和60℃之間，或約50℃，或者在80℃和120℃之間，或大約100℃。例如，第一儲存器中的存儲溫度可以是約0℃，并且第二儲存器中的存儲溫度可以是約50℃。因此，與許多需要幾百攝氏度的高溫和-100℃或更低的低溫的現(xiàn)有技術(shù)布置相比，本發(fā)明的實(shí)施例可以在適度的、可感知的溫度下操作。在某些實(shí)施例中，本發(fā)明可以通過利用豐富且可自由獲得的熱源(比如周圍熱量、環(huán)境熱和廢熱)來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。在這類實(shí)施例中，豐富的熱源的低轉(zhuǎn)換效率克服了在相對適度的溫度下操作所引起的熱力學(xué)損耗。通過提供相對于存儲在第二儲存器中的能量獨(dú)立地釋放存儲在第一儲存器中的能量的能力，大大簡化了裝置的工程設(shè)計(jì)。這意味著這種裝置可由能容易地獲得的部件組裝而成，并且以低資本成本提供有吸引力的循環(huán)效率。
[0257] 在某些非限制性實(shí)施例中，用于在部件9、16、31、18(其為熱交換器)中增加熱量的熱源可以選自：外部周圍空氣源、來自待進(jìn)行空氣調(diào)節(jié)的建筑物和住宅內(nèi)部的空氣源、現(xiàn)有空氣調(diào)節(jié)或制冷系統(tǒng)排出的熱、周圍水源(如鹽水、
海水、淡鹽水、湖泊、池塘、河流、運(yùn)河、渡槽)、地面源、地?zé)?、太陽熱能、太陽能池、生物活性熱?例如
厭氧消化池、需氧消化池、堆肥堆、糞堆、污水流、次級污水
污泥)、來自工業(yè)過程的廢熱、以及來自其它發(fā)電技術(shù)(例如CCGT、
蒸汽渦輪機(jī)等)的廢熱。
[0258] 在利用“周圍”熱量作為第一蒸發(fā)器9和第二冷凝器12的源和散熱器的實(shí)施例中，這些不需要是相同的周圍源，或者處于相同的溫度(即，使用河流的流動作為輔助散熱器15可能導(dǎo)致與可用作輔助熱源10的空氣源相比較低的溫度)。
[0259] 在某些實(shí)施例中，第一膨脹器6和/或第二膨脹器11可以選自：徑向、軸向或脈沖(或其它)渦輪機(jī)/渦輪膨脹器、渦旋膨脹器、螺桿膨脹器、特斯拉渦輪機(jī)和往復(fù)式發(fā)動機(jī)。
[0260] 在某些實(shí)施例中，上述的泵26、8、46、29、39、13、49可以各自為選自以下的泵：離心泵、滑動葉片泵、蓋勞特泵、齒輪滾子泵(geroller?pump)、齒輪泵、膜片泵、活塞泵、柱塞泵、蠕動泵和凸輪泵。
[0261] 在某些實(shí)施例中，(例如，如果不需要第二儲存器3同時(shí)進(jìn)行充能和釋放)，泵29和13可在以上關(guān)于圖3描述的實(shí)施例中用單泵替換，或者泵29和39可在以上關(guān)于圖4、圖5、圖6和圖7描述的實(shí)施例中用單泵替換。
[0262] 在某些實(shí)施例中(例如，在不需要第一儲存器2和第二儲存器3的獨(dú)立充能以及獨(dú)立的第一釋放模式和第二釋放模式的情況下)，第一膨脹器6和第二膨脹器11可在公共軸上聯(lián)接至單個發(fā)電機(jī)。
[0263] 在一些實(shí)施例中，需要在釋放模式的操作期間運(yùn)行的泵可以與膨脹器6、11中的一者或者兩者聯(lián)接在公共軸上，以提高系統(tǒng)效率。
[0264] 在優(yōu)選實(shí)施例中，可以選擇用于PCM的封裝材料和與它們接觸的任何流體以使它們彼此相容。
[0265] 為了防止液相工作流體進(jìn)入第一膨脹器6和/或第二膨脹器11，可以在第一工作流體和第二工作流體以受控的過熱余量引入它們各自的膨脹器6、11的情況下操作根據(jù)某些實(shí)施例的裝置。
[0266] 可以控制第一熱力學(xué)回路和第二熱力學(xué)回路中的工作流體水平以提供足夠的過冷，以防止對泵的氣蝕損壞。
[0267] 用于選擇合適的PCM的標(biāo)準(zhǔn)可以包括以下項(xiàng)中任何項(xiàng)或全部：它們的熔點(diǎn)、與它們可能發(fā)生接觸的任何材料的化學(xué)相容性、化學(xué)惰性、
穩(wěn)定性、成本和安全性。
[0268] 用于選擇合適的第一工作流體和第二工作流體的標(biāo)準(zhǔn)可以包括以下中任何項(xiàng)或全部：熱源和散熱器的溫度、PCM的存儲溫度、成本、安全性、穩(wěn)定性、惰性、化學(xué)相容性及它們作為制冷劑的溫度-熵特性。
[0269] 在某些實(shí)施例中，該裝置可以是模
塊化的。第一儲存器2或第二儲存器3中的任一者或兩者可以包括兩個或更多個罐，這些罐可以結(jié)合在一起以產(chǎn)生可擴(kuò)展系統(tǒng)。
[0270] 在可以獲得附加的冷卻源(例如來自工業(yè)或冷凍過程的廢冷、膨脹氣體)的應(yīng)用中，在第二熱力學(xué)回路5的第二冷凝器12之后、在與圖4、圖5、圖6、圖7和圖8相關(guān)的上述實(shí)施例中的第一冷凝器7之后、以及在進(jìn)入與圖3相關(guān)的上述實(shí)施例中的泵8之前可以包括附加的熱交換器，以進(jìn)一步抑制相應(yīng)的工作流體的冷凝壓力，或在進(jìn)入工作流體泵之前給工作流體增加附加的過冷。
[0271] 如果在處于顯著高于第二儲存器3熱存儲溫度的溫度的應(yīng)用中存在可用的熱源，則可以利用附加的熱存儲器或多個存儲器(即，一個或更多個附加的儲存器或儲存器容器)，以使用具有較高存儲溫度的存儲介質(zhì)在較高溫度下存儲該熱源。然后可以利用這種方式，使得初級第二儲存器容器將液體第二工作流體加熱到它仍然是液體的溫度，然后利用存儲在次級第二儲存器容器中的熱量進(jìn)行第二工作流體的蒸發(fā)。替代地，可以利用這種方式，使得初級第二儲存器用于蒸發(fā)第二工作流體，然后次級第二儲存器容器用于使第二工作流體在進(jìn)入第二膨脹器之前過熱。這也可以用作附加的熱源，以使第一工作流體蒸發(fā)或過熱。
[0272] 如果在處于顯著低于第一儲存器2存儲溫度的溫度下的應(yīng)用中存在可用的冷卻源，則可以利用附加的熱存儲器或多個存儲器(即，一個或更多個附加的儲存器或儲存器容器)，以使用具有較低存儲溫度的存儲介質(zhì)以較低溫度來存儲該熱源。然后可以利用這種方式，使得初級第一儲存器容器用于將第一工作流體冷卻到其保持氣態(tài)的溫度，然后利用次級第一儲存器容器來將第一工作流體冷凝到較低的冷凝壓力。替代地，可以利用這種方式，使得初級第一儲存器容器冷凝第一工作流體，并且次級第一儲存器容器使第一工作流體在進(jìn)入泵之前過冷。這也可以用作附加的散熱器，以冷凝或過冷第二工作流體。在某些實(shí)施例中，廢冷可以用于進(jìn)一步冷卻第一儲存器2(并因此使第一儲存器2“充能”)。
[0273] 在第一存儲介質(zhì)和/或第二存儲介質(zhì)包括未封裝PCM的實(shí)施例中，未封裝PCM可以存儲為可裂解固體(例如，與漿料相反)。可裂解固體是能夠被裂解使得它可以被分離的固體。
[0274] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，熱泵1可以是可電驅(qū)動的。然而，在其它實(shí)施例中，該裝置可以用于存儲其它形式的能量，只要這種其它形式的能量可以用于給熱泵賦能(例如機(jī)械能、氣體驅(qū)動系統(tǒng)等)。
[0275] 在某些實(shí)施例中，為了利用快速響應(yīng)膨脹器發(fā)電機(jī)協(xié)助更快的啟動時(shí)間，第一/第二膨脹器的管線/管道系統(tǒng)可用氣態(tài)第一/第二工作流體保持加壓，使得當(dāng)調(diào)節(jié)器/閥34和35打開時(shí)，在到達(dá)第一/第二膨脹器的氣體中沒有傳輸延遲。
[0276] 可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)對上述實(shí)施例進(jìn)行任何合適的結(jié)合，并且因此尋求對這種結(jié)合的保護(hù)。例如，下表中列出了特定的結(jié)合和實(shí)施例(“構(gòu)造”)，其中“冷側(cè)”包括熱連接至熱泵1的冷側(cè)的特征，并且“熱側(cè)”包括熱連接至熱泵1的熱側(cè)的特征。對附圖的參考說明了所參考的附圖中所描述的冷側(cè)/熱側(cè)特征和/或上面關(guān)于所參考的附圖描述的特征。
[0277]
[0278]
[0279] 在本
申請文件的
說明書和
權(quán)利要求書中，詞語“包括(comprise)”和“包含(contain)”及其變體意指“包括但不限于”，并且它們并不旨在(并且不)排除其它部分、附加物、部件、整體或步驟。遍及本申請文件的說明書和權(quán)利要求書，單數(shù)包含復(fù)數(shù)，除非上下文另有需要。具體而言，在使用不定冠詞的情況下，說明將理解為預(yù)期復(fù)數(shù)以及單數(shù)，除非上下文另有需要。
[0280] 結(jié)合本發(fā)明的特定方面、實(shí)施例或示例描述的特征、整體、特點(diǎn)、化合物、化學(xué)部分或基團(tuán)應(yīng)當(dāng)理解為可應(yīng)用于在此描述的任何其它方面、實(shí)施例或示例，除非與它們不相容。本申請文件(包括任何附隨的權(quán)利要求、
摘要和附圖)中公開的所有特征和/或如此公開的任何方法或過程的所有步驟可以以任何結(jié)合(除了至少一些此類特征和/或步驟互斥的結(jié)合外)來結(jié)合。本發(fā)明并不局限于任何前述實(shí)施例的細(xì)節(jié)。本發(fā)明延伸到本申請文件(包括任何所附權(quán)利要求、摘要和附圖)中公開的任一新穎的特征或各特征的任何新穎的結(jié)合，或延伸至這樣公開的任何方法或過程的任一新穎的步驟或各步驟的任何新穎的結(jié)合。
[0281] 讀者的注意力被引導(dǎo)至與與本申請相關(guān)的本申請文件同時(shí)或之前提交且通過本申請文件向公眾開放的所有論文和文獻(xiàn)，并且所有這樣的論文和文獻(xiàn)的內(nèi)容通過引用而并入本文中。
