一種帶相變蓄熱的單罐蓄熱裝置及其使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及蓄熱能源利用技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種帶相變蓄熱的單罐蓄熱裝置及其使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]柴靜的《穹頂之下》是“能源-生命”問(wèn)題的強(qiáng)引爆點(diǎn)，能源消耗帶來(lái)的霧霾問(wèn)題又一次聚焦了人們的視線。如果不進(jìn)行能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，霧霾問(wèn)題難以解決，甚至?xí)萍s我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。因此，發(fā)展可再生能源已逐步成為我國(guó)一項(xiàng)國(guó)策。蓄能是可再生能源規(guī)模利用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，蓄能可以提高太陽(yáng)能高溫?zé)崂眯?，也可以改善目前風(fēng)電、光伏發(fā)電難以并網(wǎng)的問(wèn)題，并有效的解決電網(wǎng)晝夜峰谷差問(wèn)題。
[0003]目前較成熟的太陽(yáng)能高溫?zé)崂眯顭岱椒殡p罐顯熱蓄熱，蓄熱裝置龐大，系統(tǒng)投資維護(hù)費(fèi)用高，為了降低蓄熱成本，申請(qǐng)人專利ZL201420140252.X和ZL201420138089.3公開(kāi)了一種單罐蓄能裝置和一種單罐電能蓄能裝置，將太陽(yáng)熱能或者電能以顯熱的形式存于單罐內(nèi)，再借用浸沒(méi)式換熱器實(shí)現(xiàn)熱能的蓄存和釋放，較雙罐蓄熱系統(tǒng)節(jié)約了成本，節(jié)省了空間。但該專利只實(shí)現(xiàn)了顯熱蓄熱，并未考慮到潛熱利用，為了提高蓄熱效率，本發(fā)明提出一種帶有相變蓄熱的蓄熱裝置，既實(shí)現(xiàn)顯熱蓄熱，也實(shí)現(xiàn)潛熱蓄熱。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種帶相變蓄熱的單罐蓄熱裝置及其使用方法，既實(shí)現(xiàn)顯熱蓄熱，也實(shí)現(xiàn)潛熱蓄熱。
[0005]本發(fā)明提供了一種帶相變蓄熱的單罐蓄熱裝置，包括:
[0006]單罐蓄熱器，其外部的頂部設(shè)有蓄熱介質(zhì)入口，外部的底部設(shè)有蓄熱介質(zhì)出口 ；
[0007]隔熱板，其布置在所述單罐蓄熱器內(nèi)部，并與所述單罐蓄熱器同軸布置；
[0008]相變蓄熱裝置，其布置在所述隔熱板內(nèi)部，并通過(guò)管板固定在所述單罐蓄熱器內(nèi)部，所述相變蓄熱裝置內(nèi)填充相變蓄熱介質(zhì)；
[0009]放熱盤(pán)管換熱器，其布置在所述隔熱板與所述單罐蓄熱器形成的環(huán)形通道上部，所述放熱盤(pán)管換熱器的出口和入口分別與能量利用裝置的放熱介質(zhì)入口和放熱介質(zhì)出口相連；
[0010]供熱裝置，其布置在所述單罐蓄熱器外；
[0011]傳熱裝置，其布置在所述單罐蓄熱器內(nèi)底部，所述傳熱裝置與所述供熱裝置連接。
[0012]作為本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)，所述供熱裝置為太陽(yáng)能集熱器和/或供電設(shè)備；所述傳熱裝置為蓄熱盤(pán)管換熱器或盤(pán)管電加熱器或圓柱形電加熱棒。
[0013]作為本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)，所述蓄熱盤(pán)管換熱器的傳熱介質(zhì)出口和所述蓄熱盤(pán)管換熱器的傳熱介質(zhì)入口通過(guò)連接管分別與太陽(yáng)能集熱器的傳熱介質(zhì)入口和太陽(yáng)能集熱器的傳熱介質(zhì)出口相連。
[0014]作為本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)，所述盤(pán)管電加熱器或所述圓柱形電加熱棒的電源入口與所述供電設(shè)備的供電出口相連。
[0015]作為本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)，所述蓄熱介質(zhì)入口和所述蓄熱介質(zhì)出口通過(guò)連接管分別與太陽(yáng)能集熱器的傳熱介質(zhì)出口和太陽(yáng)能集熱器的傳熱介質(zhì)入口連接。
[0016]作為本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)，所述放熱盤(pán)管換熱器和所述蓄熱盤(pán)管換熱器和相變蓄熱裝置中管排管的外側(cè)布置強(qiáng)化傳熱肋片。
[0017]作為本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)，所述相變蓄熱裝置以管排的方式布置在所述隔熱板的內(nèi)部，管排與水平方向成任意夾角。
[0018]作為本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)，所述相變蓄熱裝置中管排管內(nèi)裝有相變蓄熱材料。
[0019]作為本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)，向所述相變蓄熱裝置中管排管內(nèi)的相變蓄熱材料中添加高導(dǎo)熱材料。
[0020]本發(fā)明還提供了一種帶相變蓄熱的單罐蓄熱裝置的使用方法，包括:
[0021]蓄熱過(guò)程:所述供熱裝置采集的熱量被所述單罐蓄熱裝置內(nèi)的蓄熱介質(zhì)吸收后，所述單罐蓄熱器內(nèi)的蓄熱介質(zhì)溫度升高，升溫后的蓄熱介質(zhì)流經(jīng)所述相變蓄熱裝置，將熱量傳遞給所述相變蓄熱裝置內(nèi)部的相變蓄熱介質(zhì)，當(dāng)單罐蓄熱器內(nèi)相變蓄熱介質(zhì)溫度大于所述相變蓄熱裝置中管排管內(nèi)相變蓄熱介質(zhì)熔點(diǎn)時(shí)，相變蓄熱介質(zhì)融化，相變潛熱被儲(chǔ)存起來(lái)，同時(shí)所述單罐蓄熱器內(nèi)的蓄熱介質(zhì)溫度升高；
[0022]釋熱過(guò)程:放熱介質(zhì)進(jìn)入所述單罐蓄熱器上部的所述放熱盤(pán)管換熱器，將所述單罐蓄熱器內(nèi)的熱量帶出，進(jìn)入所述能量利用裝置，使所述單罐蓄熱器內(nèi)所述放熱盤(pán)管換熱器周圍的蓄熱介質(zhì)溫度降低，降溫后的蓄熱介質(zhì)沿所述隔熱板和所述單罐蓄熱器的罐體之間的環(huán)形空間下流，推動(dòng)下部流體沿所述相變蓄熱裝置向上流動(dòng)，從所述單罐蓄熱器的頂部流過(guò)所述放熱盤(pán)管換熱器所在的環(huán)形通道，所述單罐蓄熱器內(nèi)的蓄熱介質(zhì)溫度不斷下降，當(dāng)所述單罐蓄熱器內(nèi)的蓄熱介質(zhì)溫度低于所述相變蓄熱裝置中管排管內(nèi)相變蓄熱介質(zhì)熔點(diǎn)時(shí)，相變蓄熱介質(zhì)的相變潛熱被釋放出來(lái)，同時(shí)所述單罐蓄熱器內(nèi)的蓄熱介質(zhì)溫度進(jìn)一步下降，直至所述單罐蓄熱器內(nèi)的儲(chǔ)存熱量被完全釋放。
[0023]本發(fā)明的有益效果為:
[0024]1、增加了相變蓄熱的單罐蓄熱裝置結(jié)構(gòu)緊湊，與相同大小的單罐比蓄熱量增加；
[0025]2、釋熱過(guò)程中，相變蓄熱介質(zhì)在相變范圍放熱量大持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)且溫度變化不大，釋熱過(guò)程更穩(wěn)定；
[0026]3、根據(jù)能量利用裝置的溫度需求，可以選擇合適的傳熱、蓄熱和相變蓄熱介質(zhì)，擴(kuò)大工作范圍。
【附圖說(shuō)明】
[0027]圖1為本發(fā)明第一實(shí)施例所述的一種帶相變蓄熱的單罐蓄熱裝置的結(jié)構(gòu)圖；
[0028]圖2為本發(fā)明第一實(shí)施例的蓄熱過(guò)程高低溫蓄熱介質(zhì)流動(dòng)方向圖；
[0029]圖3為本發(fā)明第一實(shí)施例的釋熱過(guò)程高低溫蓄熱介質(zhì)流動(dòng)方向圖；
[0030]圖4為本發(fā)明第一實(shí)施例所述的一種帶相變蓄熱的單罐蓄熱裝置的俯視圖；
[0031]圖5為本發(fā)明第二實(shí)施例所述的一種帶相變蓄熱的單罐蓄熱裝置的結(jié)構(gòu)圖；
[0032]圖6為本發(fā)明第三實(shí)施例所述的一種帶相變蓄熱的單罐蓄熱裝置的結(jié)構(gòu)圖；
[0033]圖7為本發(fā)明第四實(shí)施例所述的一種帶相變蓄熱的單罐蓄熱裝置的結(jié)構(gòu)圖；
[0034]圖8為本發(fā)明第五實(shí)施例所述的一種帶相變蓄熱的單罐蓄熱裝置的結(jié)構(gòu)圖；
[0035]圖9為本發(fā)明第六實(shí)施例所述的一種帶相變蓄熱的單罐蓄熱裝置的結(jié)構(gòu)圖。
[0036]圖中，
[0037]1、蓄熱介質(zhì)入口 ；2、單罐蓄熱器；3、放熱盤(pán)管換熱器；4、放熱介質(zhì)出口 ；5、能量利用裝置；6、放熱介質(zhì)入口 ；7、相變蓄熱裝置；8、管板；9、隔熱板；10、蓄熱盤(pán)管換熱器；11、蓄熱介質(zhì)出口 ；12、傳熱介質(zhì)出口 ；13、太陽(yáng)能集熱器的傳熱介質(zhì)入口 ；14、太陽(yáng)能集熱器；15、太陽(yáng)能集熱器的傳熱介質(zhì)出口 ；16、傳熱介質(zhì)入口 ；17、盤(pán)管電加熱器；18、電加熱設(shè)備入口 ；19、供電設(shè)備；20、圓柱形電加熱棒。
【具體實(shí)施方式】
[0038]下面通過(guò)具體的實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0039]實(shí)施例1，如圖1-4所示，本發(fā)明第一實(shí)施例所述的一種帶相變蓄熱的單罐蓄熱裝置，包括:
[0040]單罐蓄熱器2，其外部的頂部設(shè)有蓄熱介質(zhì)入口 1，外部的底部設(shè)有蓄熱介質(zhì)出口11 ;
[0041]隔熱板9，其布置在單罐蓄熱器2內(nèi)部，并與單罐蓄熱器2同軸布置；
[0042]相變蓄熱裝置7，其布置在隔熱板9內(nèi)部，并通過(guò)管板8固定在單罐蓄熱器2內(nèi)部，相變蓄熱裝置7內(nèi)填充相變蓄熱介質(zhì)；
[0043]放熱盤(pán)管換熱器3，其布置在隔熱板9與單罐蓄熱器2形成的環(huán)形通道上部，放熱盤(pán)管換熱器3的出口和入口分別與能量利用裝置5的放熱介質(zhì)入口 6和放熱介質(zhì)出口 4相連；
[0044]供熱裝置，其為布置在單罐蓄熱器2外的太陽(yáng)能集熱器14 ;
[0045]傳熱裝置，其為布置在單罐蓄熱器2內(nèi)底部的蓄熱盤(pán)管換熱器10 ;
[0046]蓄熱盤(pán)管換熱器10的傳熱介質(zhì)出口 12和蓄熱盤(pán)管換熱器10的傳熱介質(zhì)入口 16通過(guò)連接管分別與太陽(yáng)能集熱器14的傳熱介質(zhì)入口 13和太陽(yáng)能集熱器14的傳熱介質(zhì)出口 15相連。
[0047]其中，傳熱介質(zhì)出口 12、太陽(yáng)能集熱器14、蓄熱盤(pán)管換熱器10和傳熱介質(zhì)入口 16形成流體流動(dòng)與傳熱回路，構(gòu)成太陽(yáng)能供熱裝置；
[0048]放熱介質(zhì)入口 6、放熱盤(pán)管換熱器3、能量利用裝置5和放熱介質(zhì)出口 4形成流體流動(dòng)與傳熱回路，構(gòu)成釋熱裝置。
[0049]放熱盤(pán)管換熱器3和蓄熱盤(pán)管換熱器10的外側(cè)可布置強(qiáng)化傳熱肋片，也可不布置。
[0050]相變蓄熱裝置7以管排的方式布置在隔熱板9的內(nèi)部，管排與水平方向可以成任意夾角，其中，管排管內(nèi)布置相變蓄熱材料，管排管外部可布置強(qiáng)化傳熱肋片，也可以不布置。還可向相變蓄熱裝置7中管排管內(nèi)的相變蓄熱材料中添加泡沫金屬、納米材料、相變膠囊材料等高導(dǎo)熱材料。
[0051]太陽(yáng)能集熱器14可以為真空集熱管，也可以是聚光式集熱器，聚光式集熱器包括槽式、塔式、蝶式和線性菲涅爾式集熱器。太陽(yáng)能集熱器14中的傳熱介質(zhì)和單罐蓄熱器2內(nèi)的蓄熱介質(zhì)可以同為水、空氣、導(dǎo)熱油、熔融鹽、液態(tài)金屬或有機(jī)工質(zhì)，也可以為不同介質(zhì)。
[0052]圖2為蓄熱過(guò)程中單罐蓄熱器2內(nèi)蓄熱介質(zhì)的流動(dòng)方向，其中，粗線實(shí)心線頭為熱流體流動(dòng)方向，細(xì)線空心箭頭為冷流體流動(dòng)方向。圖3為釋熱過(guò)程中單罐蓄熱器2內(nèi)蓄熱介質(zhì)的流動(dòng)方向，其中，粗線實(shí)心線頭為熱流體流動(dòng)方向，細(xì)線空心箭頭為冷流體流動(dòng)方向。
[0053]本發(fā)明還提供一種帶相變蓄熱的單罐蓄熱裝置的使用方法，包括:
[