[發(fā)明專利]基于布雷頓循環(huán)的熱泵式儲能及冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011151186.2
• 申請日: 2020-10-25
• 公開（公告）號: CN112302750B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙長穎;趙耀
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: F01K25/00
• 分類號: F01K25/00;F01K25/06;F04B35/04;F01B23/10;F25B29/00;F25B9/06
• 代理公司: 上海交達(dá)專利事務(wù)所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

1.一種基于布雷頓循環(huán)的熱泵式儲能及冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，其特征在于，包括：電動機、發(fā)電機、高溫壓縮機、低溫壓縮機、高溫膨脹機、低溫膨脹機、儲熱裝置、儲冷裝置、用以維持高溫壓縮機和低溫膨脹機入口處工質(zhì)溫度的穩(wěn)定，并向環(huán)境排出系統(tǒng)內(nèi)多余的熱量以維持系統(tǒng)的穩(wěn)定運行的外部換熱器、回?zé)崞骱蜑橄到y(tǒng)提供穩(wěn)定壓力和流量的工質(zhì)以維持系統(tǒng)內(nèi)各部件入口處壓力與流量的穩(wěn)定的緩沖室，其中：外部換熱器包括第一外部換熱器和第二外部換熱器，電動機為儲能過程中的高溫壓縮機提供能量，發(fā)電機將釋能過程中高溫膨脹機的膨脹功轉(zhuǎn)換為電能，高溫壓縮機、儲熱裝置、低溫膨脹機和儲冷裝置依次閉環(huán)連接，低溫壓縮機、儲熱裝置、高溫膨脹機和儲冷裝置依次閉環(huán)連接，回?zé)崞髟O(shè)置于第一外部換熱器與高溫壓縮機之間或第二外部換熱器與低溫膨脹機之間，第一外部換熱器連接回?zé)崞骱蛢溲b置，第二外部換熱器連接回?zé)崞骱蛢嵫b置；

所述的儲熱裝置和儲冷裝置采用管殼式梯級相變裝置或堆積床式梯級相變裝置，其中：管殼式梯級相變裝置是填充多種相變材料的多個管殼式罐體依次排列而成的儲熱罐序列與儲冷罐序列，或是填充多種相變材料的單個管殼式儲熱罐與儲冷罐；堆積床式梯級相變裝置是填充多種相變膠囊的多個堆積床式罐體依次排列而成的儲熱罐序列與儲冷罐序列，或是填充多種相變膠囊的單個堆積床式儲熱罐與儲冷罐；

所述的相變材料或相變膠囊的排布原則是：在儲熱裝置中，相變溫度沿儲能過程中工質(zhì)流動方向依次降低；在儲冷裝置中，相變溫度沿儲能過程中工質(zhì)流動方向依次升高；

所述的熱泵式儲能是指：在儲能過程中，電能通過電動機轉(zhuǎn)換為機械能，同時回收低溫膨脹機的膨脹功，兩部分能量同時驅(qū)動高溫壓縮機壓縮做功，將常溫常壓工質(zhì)壓縮為高溫高壓工質(zhì)；高溫高壓工質(zhì)流經(jīng)儲熱裝置，與儲熱裝置內(nèi)介質(zhì)換熱后變?yōu)槌馗邏汗べ|(zhì)，從而將熱能存儲在儲熱裝置中，完成儲熱過程；常溫高壓工質(zhì)經(jīng)低溫膨脹機膨脹為低溫常壓工質(zhì)；低溫常壓工質(zhì)流經(jīng)儲冷裝置，與儲冷裝置內(nèi)介質(zhì)換熱后變?yōu)槌爻汗べ|(zhì)，從而將冷能存儲在儲冷裝置中；當(dāng)儲熱裝置出口處的工質(zhì)溫度高于環(huán)境溫度或儲冷裝置出口處的工質(zhì)溫度低于環(huán)境溫度時，工質(zhì)進(jìn)入回?zé)崞髦羞M(jìn)行換熱，從而降低低溫膨脹機進(jìn)口處的工質(zhì)溫度和提高高溫壓縮機進(jìn)口處的工質(zhì)溫度，增加系統(tǒng)的能量利用效率；

所述的冷熱電聯(lián)供是指：在釋能過程中，常溫常壓工質(zhì)流經(jīng)儲冷裝置，與儲冷裝置內(nèi)介質(zhì)換熱后變?yōu)榈蜏爻汗べ|(zhì)；低溫常壓工質(zhì)經(jīng)低溫壓縮機壓縮后變?yōu)槌馗邏汗べ|(zhì)；常溫高壓工質(zhì)流經(jīng)儲熱裝置，與儲熱裝置內(nèi)介質(zhì)換熱后變?yōu)楦邷馗邏汗べ|(zhì)；高溫高壓工質(zhì)進(jìn)入高溫膨脹機對外做功，一部分膨脹功為低溫壓縮機提供能量，其余部分膨脹功用于驅(qū)動發(fā)電機對外發(fā)電；除實現(xiàn)對外發(fā)電的功能外，還通過工質(zhì)分別從儲熱裝置與儲冷裝置中吸取不同品位的熱量和冷量，滿足用戶的用電、用熱和用冷需求；當(dāng)?shù)蜏貕嚎s機出口處的工質(zhì)溫度較低或高溫膨脹機出口處的工質(zhì)溫度較高時，工質(zhì)仍進(jìn)入回?zé)崞髦羞M(jìn)行換熱，從而提升儲熱裝置進(jìn)口處的工質(zhì)溫度和降低儲冷裝置進(jìn)口處的工質(zhì)溫度，增加系統(tǒng)的能量利用效率。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于布雷頓循環(huán)的熱泵式儲能及冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，其特征是，所述的壓縮機和膨脹機采用同時用于儲能與釋能過程的可逆式壓縮機與膨脹機，或采用分別用于儲能與釋能過程的壓縮機與膨脹機。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于布雷頓循環(huán)的熱泵式儲能及冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，其特征是，所述的壓縮機采用容積型壓縮機、速度型壓縮機或其組合。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于布雷頓循環(huán)的熱泵式儲能及冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，其特征是，所述的膨脹機采用活塞膨脹機、螺桿膨脹機、渦旋膨脹機、透平膨脹機或其組合。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于布雷頓循環(huán)的熱泵式儲能及冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，其特征是，所述的壓縮機采用活塞壓縮機、螺桿壓縮機、渦旋壓縮機、隔膜壓縮機、離心壓縮機或其組合。