用于热能循环的方法和用于工业与商业点之间的热交换的环路系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种系统，其能够使用环路进行热交换，在环路中热传递流体在多个工业的和商业的地点之间循环，其中每个地点可以是产生体和/或消耗体，以便于在地区范围上减少能量成本。本发明也涉及在地区范围上使用环路用于热能共享的方法，环路连接至少一个消耗热能的地点和至少一个产生热能的地点，并且其中热传递流体进行循环。
【专利说明】用于热能循环的方法和用于工业与商业点之间的热交换的环路系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及热交换和热分配系统的【技术领域】。
[0002]本发明的目的在于在地区规模上热能(热量)循环的方法，其中热交换环路连接至少一个热能消耗体点和至少一个热能产生体地点。
[0003]本发明的目的也在于能够被用来实施所述方法的热量循环系统。
【背景技术】
[0004]在给定的区域，例如一个镇的规模上，工厂通常会遇到的难题在于使用以低热能热量形式被生产的能量(在低于150°C的温度下通常通过流体运送的热量)，以及住宅的、办公的或工业的房屋对以低温热量(家庭的或商业的加热、干燥操作、加热温室等等)形式的能量具有需求。
[0005]不使用其盈余的低热能水平热量的工厂，例如精炼厂或核电站，通常致力于:
?空气冷却器，其用作在工艺流体和空气之间的交换器，用于将热量分散在空气中，例如通常具有电扇的装置来促进空气的循环；
?和/或冷却塔，带有自然吸取的烟囱式的类型，水被喷至其中以便于帮助冷却。此处再次发现，热量损失至大气中；
?和/或冷却水系统(通常为乙醇酸盐水)，或者通过在交换器中与海水、河水等的热交换，或者通过制冷器单元获得冷水。此处再次发现，热量损失至环境中。
[0006]另一方面，对住宅的、办公的或工业的房屋来说，其需要低温热量:
?其使用燃烧或电装置来自己产生此热量。在此两种情形下，燃料被消耗并且CO2排放被产生；
?和/或其从附近的工业的房屋或从城市的供热系统输入蒸汽，再一次，为了此热量的产生，两者均消耗燃料。
[0007]在工厂和/或住宅的或办公的房屋之间的热集成很少，因为当热集成发生时，这两个部分变得互相依赖其各自的运行。此类型的能量集成的一个例子用于农业温室的加热被描述于 http: //innovaRr0.net/pdf/aRro-1ndustries.pdf ?
[0008]有关于供应的责任，在运转中断期间的损失，以及简言之，在其中一方故障的事件时的危险程度的约束通常是阻碍
【发明者】的症结所在。如上面示例所述，当附近的工业点是独立的时，其盈余的能量是可利用的事实无法避免受益人必须投资其自己的锅炉，以便于确保克服附近的工业点的任何故障。
[0009]从工业的加热工厂开始，现有系统包括提供约为100°C温度的通常为水的热流体，以及回收和返回由用户冷却的流体。此装置需要系统具有大量的分支来使得每个用户具有合适的温度供其处理。给料线的此分支和必须使用管道(一种用于输出，一种用于返回)产生大量的热损失。例如，在Compagnie Parisienne de Chauffage Urbain的网页上遇到了此问题，http://www.cpcu.fr/La-chaleur-urbaine/FONCT1NNEMENT。
【发明内容】
[0010]本发明涉及用于在地区规模上循环热量的方法，其中热交换环路被使用来连接至少一个热能消耗体点和至少一个热量产生体点，所述环路包括热传递流体，其流量被调节使得在环路的任意点的温差小于20°c，所述一个或多个消耗体点通过热交换在环路的一个点取得需要的能量，以及一个或多个产生体点通过热交换排出所产生的盈余的能量。
[0011]有利地通过使用额外的加热单元，该环路的温度被保持恒定。
[0012]在一个实施例中，热电池类型的热量缓冲存储器被使用来存储环路中盈余的热倉泛。
[0013]有机朗肯循环可以被引入环路中，以便于以电的形式使用盈余的热能。
[0014]优选地，热传递流体选自水、水成混合物、醇、烃或离子液体。
[0015]热传递流体可包括相变材料的颗粒。
[0016]本发明也涉及用于在地区范围热量共享的系统，其包括:
?至少一个热能消耗体点；
?至少一个热能产生体点；
?热交换环路，其将所述热能消耗体地点和所述热能产生体点连接在一起，并且其包括热交换器和热传递流体，其的流量通过泵而被调节。
[0017]在本发明的系统中，该环路可包括额外的加热单元。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1:图1示出现有技术已知的系统，从工业的加热单元C开始，其包括提供温度在约100°C通常是水的热流体(1)，并且回收，如返回，由用户冷却的流体(2)，例如被平行布置的建筑物Β1、Β2...Βη。
[0019]图2至图5是本发明的非限制性的说明。
[0020]图2:图2代表本发明的系统，其用于使用在能量的发送体(例如:工厂)与能量的消耗体(例如:建筑物)之间的热交换环路。
[0021]图3:图3示出本发明的实施例，其中共享的热量缓冲存储器被使用。
[0022]图4:图4示出本发明的实施例，其中该系统包括有机朗肯循环。
[0023]图5:图5示出本发明的实施例，其中化学环路的热传递流体包括以胶囊形式的相变材料。
【具体实施方式】
[0024]更确切地，根据本发明的系统(图2)包括在一系列的能量消耗体和发送体之间布置热传递流体的共同的环路。通过位于环路管道上的热交换器，根据其需求，消耗体通过热交换取得其所需的能量，并且发送体通过热交换排出其产生的盈余的热能。
[0025]通过泵P，热传递流体在环路中移动，连接能量消耗体(建筑物Β1、Β2、Β3、Βη)和能量发送体(工厂U1、U2)。
[0026]热传递流体的流量被选择使得在环路的任意点的温差很小，优选在5°C和20°C之间(例如最大的温差可以是20°C，即最高温度等于80°C以及最低温度等于60°C )。
[0027]热传递流体是在热交换设备的多个件中允许热交换的任意的流体，并且优选地选自在相对的I到20bar的压强范围时处于液体状态的流体，从而使得环路管道的成本不会过高。可被列出的热传递流体的示例为水或水成混合物或醇或烃，或甚至离子液体。
[0028]可被列出的消耗体的示例为待加热的家庭的或工业的建筑物，或甚至是实施工业工艺需要热量的工厂，例如实施干燥操作，例如在农业食品工业中。发送体包括根据现有技术必须释放热量并且损失至大气中的工厂。
[0029]环路的温度有利地被保持，例如如果从供能体至环路的(在此示例中的工厂Ul和U2)的能量平衡不够时，使用额外的加热系统C，相比较于现有技术工业的作为唯一热源的加热单元，其尺寸被充分地减小。这意味着本发明中能量的整体消耗被大量减少，因为热量在环路内被共享，并且额外的加热单元的尺寸使得在环路内的温差能够被消除。
[0030]在本发明的一个实施例中，系统(图3)能够装备有一个或多个共享的热量缓冲存储器Q，被其的制造公司(例如德国公司H.M Keizkkper)称为“热电池”。作为示例，存储系统能够使用醋酸钠。存储热量意味着环路的能够随着时间(例如白天/夜晚或者冬季/夏季)使温度平稳，或者当热量供给的工厂正在进行维护工作时其也能够加热建筑物。
[0031]在本发明的另外的实施例中，系统(图4)也能够装备有机朗肯循环(0RC)，如果需要其能够被使用来将盈余的热能转化为电能(而不是将其发送至例如空气冷却器的冷却器)，例如在夏季期间当加热需求较小时。此电能可以有利地被使用来操作空调。
[0032]根据本发明，用户之一可具有高于热环路的温度的更大热量水平的需要(例如对于带有被保持在接近70°C的温度的环路的工业的农业食品烹饪需要120°C的温度):在此情形中，用户能够安装额外的热泵，其能够被使用来通过消耗额外的电能以升高温度。
[0033]根据本发明，热传递流体可包含将相变材料(例如醋酸钠)装入胶囊的固体颗粒，并且使得带有小的温度变化而被存储的能量能够被增加。实际上，当纯物质改变相(状态)时，其能量容量(焓)变化而没有温度上的变化。已知的示例为水，其在o°c在大气压强下从固体变化至液体状态，但是在此处的情形中，相变需要通常在50°C与100°C之间的温度。所述相变材料优选地选自下列化合物；其熔点被提供在括号中:
三水合醋酸钠(58 °C )，部分水合氯化锌=(75 °C )。
[0034]一些离子液体的示例具有在此范围内的熔点:
1-丁基-3-甲基咪唑甲苯横酸盐(l-butyl-3-methylimidazolium tosylate):mp =(67 °C )
1-乙基-3-甲基咪唑六氟憐酸盐(l-ethyl-3-methylimidazoliumhexafluorophosphate):mp = (59°C )
1- 丁基-1-甲基咪唑六氟憐酸盐(l-butyl-1-methylpyrrolidiniumhexafluorophosphate) mp = (85 V )
1-丁基-3-甲基咪唑氯化物(l-butyl-3-methylimidazolium chloride):mp = (73
V )
1-乙基-3-甲基咪唑氯化物(l-ethyl-3-methylimidazolium chloride):mp =(77-79 °C )。
[0035]图5显示对于化学环路带有被运送的包含相变材料(液相(L)、固相(S))的胶囊传送热传递流体F的管道(Line)。将相变材料封成胶囊的外壳E可由塑料制成，例如聚乙烯或聚丙烯。
【权利要求】
1.一种用于在地区范围上共享热量的方法，其中热交换环路被采用，其连接至少一个热能消耗体地点和至少一个热能产生体地点，所述环路包括热传递流体，其的流量被调节使得在环路的任意点的温差小于20°c，一个或多个所述消耗体地点通过热交换在环路的一个点取得需要的能量，以及一个或多个产生体地点通过热传递将所产生的盈余的能量排出。
2.根据权利要求1所述的共享热量的方法，其中环路的温度通过额外的加热单元被保持恒定。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的共享热量的方法，其中热电池类型的热量缓冲存储器被用于在环路中来存储盈余的热能。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的共享热量的方法，其中有机朗肯循环被引入到环路中以便于以电的形式利用盈余的热能。
5.根据前述权利要求中任一项所述的共享热量的方法，其中热传递流体选自水、水成混合物、醇、烃或离子液体。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的共享热量的方法，其中热传递流体包括相变材料的颗粒。
7.—种在地区范围上用于共享热量的系统，其包括 ?至少一个热能消耗体地点； ?至少一个热能产生体地点； ?热交换环路，其将所述热能消耗体地点和所述热能产生体地点连接在一起，并且其包括热交换器和热传递流体，其的流量通过泵而被调节。
8.根据权利要求7所述的在地区范围上用于共享热量的系统，其中环路包括额外的加热单元。
【文档编号】F24D10/00GK104220814SQ201380016949
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2013年3月6日 优先权日:2012年3月28日
【发明者】F.吉鲁迪埃, E.勒迈尔 申请人:Ifp新能源公司