一种水蓄能系统及其控制方法与流程

本发明涉及空调蓄能设备技术领域，尤其涉及一种水蓄能系统及其控制方法。

背景技术：

现有技术中，空调一般采用蓄能(蓄冷或蓄热)的方式在用电低谷时蓄能，在用电高峰时，再将所蓄的能量通过水释放出来，以向用户供冷或供热。

但是，现有技术中一般仅通过水或冰进行蓄能，其蓄能量(蓄冷量或蓄热量)有限，其蓄能性能还有待提高。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种能够提高蓄能性能的水蓄能系统及其控制方法。

本发明技术方案提供一种水蓄能系统，包括蓄水容器、制能主机和换热器；

所述蓄水容器包括底板、连接在所述底板上的容器壁和连接在所述容器壁顶部的顶盖；

在所述蓄水容器内设置有上布水器和位于所述上布水器下方的下布水器；

在所述蓄水容器外侧设置有循环流水管道，所述上布水器和所述下布水器分别与所述循环流水管道连接，所述制能主机和所述换热器分别安装在所述循环流水管道上；

在所述蓄水容器内布置有蓄能释能体，所述蓄能释能体位于所述下布水器与所述上布水器之间，所述蓄能释能体浸没在水中；

所述蓄能释能体包括有具有容纳腔的导热壳体和填充在所述容纳腔内的相变材料。

进一步地，在所述蓄水容器内设置有网状的托架，所述托架位于所述下布水器的上方；

所述蓄能释能体位于所述托架上。

进一步地，在所述底板上设置有用于支撑所述托架的支架；

所述支架的下端连接在所述底板上，所述支架的上端穿过所述下布水器，并与所述托架连接。

进一步地，所述支架为能够沿着上下方向伸缩的伸缩支架。

进一步地，在所述容器壁上沿着上下方向间隔地设置有多个支撑板，所述支撑板位于所述下布水器的上方；

所述托架的端部可选择地支撑在其中一块所述支撑板上。

进一步地，所述托架通过第一拉索悬挂在所述蓄水容器内；

所述第一拉索的下端与所述托架连接，所述第一拉索的上端穿过所述上布水器，并与所述顶盖或所述容器壁上的紧固件连接。

进一步地，在所述顶盖的下方设置有第一定滑轮，所述第一拉索绕过所述第一定滑轮。

进一步地，所述蓄能释能体通过第二拉索悬挂在所述蓄水容器内；

所述第二拉索的下端与所述导热壳体连接，所述第二拉索的上端与所述顶盖或容器壁上的连接件连接。

进一步地，在所述顶盖的下方设置有第二定滑轮，所述第二拉索绕过所述第二定滑轮。

进一步地，该水蓄能系统还包括有用于测量水温和/或所述蓄能释能体的温度的测温装置；

所述测温装置设置在所述循环流水管道上和/或所述蓄水容器内。

进一步地，在所述循环流水管道上设置有能够根据温度信号自动控制开启角度的阀门，所述阀门与所述测温装置信号连接。

进一步地，在所述下布水器与所述上布水器之间布置有多个所述蓄能释能体。

进一步地，所述导热壳体具有流水通孔，上下相邻的两个所述导热壳体中的所述流水通孔对齐。

进一步地，任意相邻的两个所述导热壳体拼接在一起。

本发明技术方案还提供一种如前所述的水蓄能系统的控制方法，包括如下模式：

蓄能时，根据蓄能释能体的温度或/和蓄水容器内的水温，调节循环流水管道上阀门的开度，控制蓄能进度；

释能时，根据蓄水容器出水的温度，调节循环流水管道上阀门的开度，控制释能速度。

采用上述技术方案，具有如下有益效果：

本发明提供的水蓄能系统及其控制方法，实现水与相变材料组合蓄能释能，蓄能释能体浸泡在水里与水充分接触，相变材料存储的能量被充分利用，提高了蓄能释能性能，可以减小蓄水容器体积。

附图说明

图1为本发明提供的水蓄能系统的示意图；

图2为托架通过支架安装在蓄水容器内的示意图；

图3为托架通过第一拉索悬挂在蓄水容器内的示意图；

图4为蓄能释能体通过第二拉索悬挂在蓄水容器内的示意图；

图5为托架的俯视图；

图6为一种结构的蓄能释能体的剖视图；

图7为另一种结构的蓄能释能体的剖视图；

图8为导热壳体上的具有流水通孔的示意图；

图9为上下相邻的两个导热壳体中的流水通孔对齐的示意图；

图10为一种结构的多个导热壳体拼接在一起的示意图；

图11为另一种结构的多个导热壳体拼接在一起的示意图。

具体实施方式

下面结合附图来进一步说明本发明的具体实施方式。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

相变材料(pcm-phasechangematerial)是指温度不变的情况下而改变物质状态并能提供潜热的物质。转变物理性质的过程称为相变过程，这时相变材料将吸收或释放大量的潜热。

相变材料主要包括无机相变材料、有机相变材料和复合相变材料三类。其中，无机类相变材料主要有结晶水合盐类、熔融盐类、金属或合金类等；有机类相变材料主要包括石蜡、醋酸和其他有机物；复合相变材料由几种不同的相变材料复合而成，它既能有效克服单一的无机物或有机物相变储热材料存在的缺点，又可以改善相变材料的应用效果以及拓展其应用范围。

相变材料根据需要直接加工成型为所需形状，也可以混入建筑材料中成型所需形状。

如图1-7所示，本发明一实施例提供的水蓄能系统，包括蓄水容器1、制能主机2和换热器3。

蓄水容器1包括底板11、连接在底板11上的容器壁12和连接在容器壁12顶部的顶盖13。

在蓄水容器1内设置有上布水器14和位于上布水器14下方的下布水器15。

在蓄水容器1外侧设置有循环流水管道4，上布水器14和下布水器15分别与循环流水管道4连接，制能主机2和换热器3分别安装在循环流水管道4上。

在蓄水容器1内布置有蓄能释能体5，蓄能释能体5位于下布水器15与上布水器14之间，蓄能释能体5浸没在水中。

蓄能释能体5包括有具有容纳腔的导热壳体51和填充在容纳腔内的相变材料52。

本发明提供的水蓄能系统主要由蓄水容器1、制能主机2、换热器3、循环流水管道4和蓄能释能体5组成。

蓄水容器1包括底板11、容器壁12和顶盖13。上布水器14布置在蓄水容器1内，其位于顶盖13的下方。下布水器15布置在蓄水容器1内，其位于下布水器15的上方。

制能主机2为冷热制备机，其能够制冷和制热。换热器3用于向用户供能(供冷或供热)。

循环流水管道4布置在蓄水容器1的外侧，用于循环流水，以实现蓄能和供能。在循环流水管道4上设置有阀门和水泵。

上布水器14和下布水器15的进出水口分别与循环流水管道4连接。

制能主机2和换热器3分别安装在循环流水管道4上。制能主机2和换热器3可以串联在循环流水管道4上，制能主机2和换热器3也可以并联在循环流水管道4上。

蓄能释能体5为能够蓄能(蓄冷/蓄热)和释能(释冷/释热)的物体，其相变材料52封装在导热壳体51内，导热壳体51装有相变材料52并浸没在水中。导热壳体51为能够传热的壳体，其可以为金属壳体，例如，铜壳、铁壳、铝壳等等。

蓄能释能体5布置在蓄水容器1内，其可以通过托架承托在蓄水容器1内，也可以通过悬挂装置悬挂在蓄水容器1内。蓄能释能体5位于下布水器15与上布水器14之间，并浸没在水中。

在蓄冷时，蓄水容器1内的热水经上布水器14进入制能主机2内降温，经制能主机2降温的冷水从下布水器15进入蓄水容器1内，然后通过导热壳体51与相变材料52进行换热，相变材料52和水一起存储冷量。

在释冷时，蓄水容器1内的冷水携带相变材料52的冷量经下布水器15进入换热器3中，与用户端的换热器进行换热，以向用户供冷。经换热器3换热后的热水经上布水器14回流到蓄水容器1内。

在蓄热时，蓄水容器1内的冷水经下布水器15进入制能主机2内升温，经制能主机2升温的热水从上布水器14进入蓄水容器1内，然后通过导热壳体51与相变材料52进行换热，相变材料52和水一起存储热量。

在释热时，蓄水容器1内的热水携带相变材料52的热量经上布水器14进入换热器3中，与用户端的换热器进行换热，以向用户供热。经换热器3换热后的冷水经下布水器15回流到蓄水容器1内。

具体地，制能主机2安装在第一管道41上，换热器3安装在第二管道42上。第一管道41与第二管道42并联在循环流水管道4上。阀门40安装在循环流水管道4上。第一水泵46安装在第一管道41上，并位于制能主机2的前端，第二水泵47安装在循环流水管道4上。在循环流水管道4上位于第二水泵47处设置有旁通管45，在旁通管45上设置有阀门451。第三管道43连通在旁通管45与上布水器14的进出水口之间，在第三管道43上设置有阀门431。第四管道44连通在第一管道41的进水口与下布水器15的进出水口之间，在第四管道44上设置有阀门441。

在蓄冷时，关闭阀门431、阀门441、开启阀门451，开启阀门40，开启第一水泵46，关闭第二水泵47。蓄水容器1内的热水经上布水器14、循环流水管道4、第一水泵46和第一管道41，进入制能主机2内降温，经制能主机2降温的冷水经第一管道41、旁通管45和循环流水管道4，进入下布水器15，然后从下布水器15进入蓄水容器1内，然后通过导热壳体51与相变材料52进行换热，相变材料52和水一起存储冷量。

在释冷时，关闭阀门431、阀门441和阀门451，开启阀门40，开启第二水泵47，关闭第一水泵46，蓄水容器1内的冷水携带相变材料52的冷量经下布水器15和循环流水管道4进入换热器3中，与用户端的换热器进行换热，以向用户供冷。经换热器3换热后的热水经循环流水管道4和上布水器14回流到蓄水容器1内。

在蓄热时，关闭阀门40，开启阀门431、阀门441和阀门451，开启第一水泵46，关闭第二水泵47。蓄水容器1内的冷水经下布水器15、第四管道44、第一水泵46和第一管道41进入制能主机2内升温。经制能主机2升温的热水经第一管道41、旁通管45和第三管道43进入上布水器14内，然后从上布水器14进入蓄水容器1内，然后通过导热壳体51与相变材料52进行换热，相变材料52和水一起存储热量。

在释热时，关闭阀门40和阀门451，开启阀门431和阀门441，关闭第一水泵46，开启第二水泵47，蓄水容器1内的热水携带相变材料52的热量经上布水器14、第三管道43和循环流水管道4进入换热器3中，与用户端的换热器进行换热，以向用户供热。经换热器3换热后的冷水经循环流水管道4、第四管道44和下布水器15回流到蓄水容器1内。

综上，本发明提供的水蓄能系统，实现水与相变材料组合蓄能释能，蓄能释能体浸泡在水里与水充分接触，相变材料存储的能量被充分利用，提高了蓄能释能性能，可以减小蓄水容器体积。

较佳地，如图1-3和图5所示，在蓄水容器1内设置有网状的托架6，托架6位于下布水器15的上方，蓄能释能体5位于托架6上。托架6有多个网孔61，与下布水器15的出水孔连通，保持水流畅通，可以避免蓄水容器1内水流短路。通过托架6承载蓄能释能体5，可以避免蓄能释能体5压在下布水器15上，减轻下布水器15的压力，还可以避免蓄能释能体5堵住下布水器15的出水孔，避免出现流水短路的现象。

较佳地，如图2所示，在底板11上设置有用于支撑托架6的支架16。支架16的下端连接在底板11上，支架16的上端穿过下布水器15，并与托架6连接。支架16为托架6提供支撑，其下端固定安装在底板11上，其上端与托架6固定连接，以稳定地将托架6支撑在下布水器15的上方。

较佳地，支架16为能够沿着上下方向伸缩的伸缩支架，可以用于调节托架6在蓄水容器1内的高度。支架16可以采用液压油缸、升降架等。

较佳地，如图2所示，在容器壁12上沿着上下方向间隔地设置有多个支撑板17，支撑板17位于下布水器15的上方。托架6的端部可选择地支撑在其中一块支撑板17上。支撑板17可以为环形的支撑板，其设置在容器壁12的内表面上。在沿着垂直方向上，间隔地布置有多块支撑板17，根据需要可以将托架6在不同的支撑板17上转换，以满足调节托架6与下布水器15之间的距离，满足蓄能释能体5在蓄水容器1内的高度调节。当然可以通过伸缩支架来调节托架6。

较佳地，如图3所示，托架6通过第一拉索18悬挂在蓄水容器1内。

第一拉索18的下端与托架6连接，第一拉索18的上端穿过上布水器14，并与顶盖13或容器壁12上的紧固件连接。

该实施例中，在顶盖13和/或容器壁12上设置有紧固件，第一拉索18的下端与托架6连接，其上端紧固在顶盖13和/或容器壁12上的紧固件上，从而将托架6悬挂在蓄水容器1中，进而将蓄能释能体5布置在蓄水容器1内。紧固件可以为吊耳或挂钩等等。

较佳地，如图3所示，在顶盖13的下方设置有第一定滑轮131，第一拉索18绕过第一定滑轮131，方便通过拉动第一拉索18来调节托架6在蓄水容器1内高度位置，进而调节蓄能释能体5的高度位置。

优选地，在顶盖13的下方设置有多个第一定滑轮131，在托架6上连接有多根第一拉索18，每根第一拉索18分别绕过一个第一定滑轮131后，再与一个紧固件连接，提高了对托架6的悬挂稳定性。在需要调节托架6的高度时，所有的第一拉索18同步拖曳移动，保证托架6在蓄水容器1内平稳地上下移动，避免托架6和/或蓄能释能体5与容器壁12发生碰触。

较佳地，如图4所示，蓄能释能体5通过第二拉索19悬挂在蓄水容器1内。第二拉索19的下端与导热壳体51连接，第二拉索19的上端与顶盖13或容器壁12上的连接件连接。

该实施例中，在顶盖13和/或容器壁12上设置有连接件，第二拉索18的下端直接与蓄能释能体5的导热壳体51连接，其上端紧固在顶盖13和/或容器壁12上的连接件上，从而将蓄能释能体5悬挂在蓄水容器1中。连接件可以为吊耳或挂钩等等。

较佳地，如图4所示，在顶盖13的下方设置有第二定滑轮132，第二拉索19绕过第二定滑轮132，方便通过拉动第二拉索19来蓄能释能体5在蓄水容器1内高度位置。

优选地，在顶盖13的下方设置有多个第二定滑轮132，在每个导热壳体51上连接有多根第二拉索19，每根第二拉索19分别绕过一个第二定滑轮132后，再与一个连接件连接，提高了对蓄能释能体5的悬挂稳定性。在需要调节蓄能释能体5的高度时，所有的第二拉索19同步拖曳移动，保证蓄能释能体5在蓄水容器1内平稳地上下移动，避免蓄能释能体5与容器壁12发生碰触。

较佳地，如图1-4所示，该水蓄能系统还包括有用于测量水温和/或蓄能释能体5的温度的测温装置7。

测温装置7设置在循环流水管道4上和/或蓄水容器1内。

测温装置7用于测量水温和/或蓄能释能体5的温度。在蓄能时，根据蓄水容器1内的水温和/或蓄能释能体5温度，控制开启阀门的开度，以控制蓄能速度，使得进入蓄水容器1的水的温度符合相变材料52的相变温度要求。

具体地，在蓄冷时，根据蓄水容器1内的水温和/或蓄能释能体5温度，控制开启阀门40的开度，以控制蓄冷速度。在蓄热时，根据蓄水容器1内的水温和/或蓄能释能体5温度，控制开启阀门431、阀门441和阀门451的开度，以控制蓄热速度。

在释能时，根据流出蓄水容器1的水温，控制开启阀门的开度，以控制释能速度，从而调整蓄水容器1的出水温度，保持循环流水管道4内的水温满足要求及稳定。

具体地，在释冷时，控制开启阀门40的开度，以控制释冷速度。在释热时，控制开启阀门431和阀门441的开度，以控制释热速度。

较佳地，如图1所示，在循环流水管道4上设置有能够根据温度信号自动控制开启角度的阀门40，阀门40与测温装置7信号连接。

在循环流水管道4上并联有第一管道41和第二管道42，制能主机2安装在第一管道41上，换热器3安装在第二管道42上。第一水泵46安装在第一管道41上，第二水泵47安装在循环流水管道4上，且第二水泵47位于下布水器15的进出水口与制能主机2的出水口22之间。在循环流水管道4上位于第二水泵47的两端设有旁通管45，在旁通管45上设置有阀门451。第三管道43连通在旁通管45与上布水器14的进出水口之间，在第三管道43上设置有阀门431。第四管道44连通在第一管道41的进水口与下布水器15的进出水口之间，在第四管道44上设置有阀门441。

其中，阀门431、阀门441和阀门451分别与测温装置7信号连接，阀门431、阀门441和阀门451分别能够根据温度信号自动控制开启角度。

阀门40、阀门431、阀门441和阀门451分别为自动阀门，其可以为电磁阀，阀门40、阀门431、阀门441和阀门451分别与测温装置7通过通信信号或电信号连接，根据温度信号自动控制开启角度，实现了自动化控制。

较佳地，如图1-3所示，在下布水器15与上布水器14之间布置有多个蓄能释能体5，进一步提高蓄能释能性能。

较佳地，在下布水器15的上方设置有下均流板，在上布水器14的下方设置有上均流板。蓄能释能体5位于下均流板与上均流板之间。

下均流板与上均流板均为具有多个流水孔的板状物，引导水在蓄水容器1内均布，实现蓄能或释能时保持蓄水容器1内的水同步上升或下移。

较佳地，蓄能释能体5呈球形或呈柱体形或呈锥体形，也即是导热壳体51呈球形或呈柱体形或呈锥体形。

将球形或柱形或锥形的蓄能释能体5直接放置在蓄水容器1内，水可经相邻的蓄能释能体5之间的间隙流动，并能够与内部的导热壳体51的相变材料52进行充分换热。

较佳地，如图8-9所示，导热壳体51具有流水通孔511，上下相邻的两个导热壳体51中的流水通孔511对齐，利于使得蓄水容器1内的水上下流动，并利于从中部与导热壳体51中的相变材料52换热。

较佳地，如图10-11所示，任意相邻的两个导热壳体51拼接在一起，可以拼成所需的形状以布置蓄水容器1内。两个导热壳体51可以通过卡槽和卡榫配合拼接或通过插孔与插销配合拼接。

本发明实施例提供的一种水蓄能系统的控制方法，包括如下模式：

蓄能时，根据蓄能释能体5的温度或/和蓄水容器内的水温，调节循环流水管道4上阀门40的开度，控制蓄能进度，使得进入蓄水容器1的水的温度符合相变材料52的相变温度要求。

释能时，根据蓄水容器1出水的温度，调节循环流水管道4上阀门40的开度，控制释能速度，保持循环流水管道4内的水温满足要求及稳定。

具体地，在蓄冷时，根据蓄水容器1内的水温和/或蓄能释能体5温度，控制开启阀门40的开度，以控制蓄冷速度。

在蓄热时，根据蓄水容器1内的水温和/或蓄能释能体5温度，控制开启阀门431、阀门441和阀门451的开度，以控制蓄热速度。

在释冷时，控制开启阀门40的开度，以控制释冷速度。

在释热时，控制开启阀门431和阀门441的开度，以控制释热速度。

综上所述，本发明提供的水蓄能系统及其控制方法，实现水与相变材料组合蓄能释能，蓄能释能体浸泡在水里与水充分接触，相变材料存储的能量被充分利用，提高了蓄能释能性能，可以减小蓄水容器体积。

根据需要，可以将上述各技术方案进行结合，以达到最佳技术效果。

以上所述的仅是本发明的原理和较佳的实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在本发明原理的基础上，还可以做出若干其它变型，也应视为本发明的保护范围。