[发明专利]一种梯级储热系统充热方法和装置

说明书

本发明提供了一种梯级储热系统充热方法和装置，方法包括：获取第一储热装置的充热状态；判断第一储热装置是否完成充热；若第一储热装置完成充热，则控制第一储热装置对应的旁路通道打开将第一储热装置旁路；获取第二储热装置的充热状态；判断第二储热装置是否完成充热；若第二储热装置未完成充热，则将加热器的出口温度调节至与第二储热装置对应的第一预设温度阈值。该方案通过实时获取不同储热装置的充热状态，将最先完成充热的储热装置旁路，并对未完成充热的储热装置的上一级的出口温度进行调节，以使未完成充热的储热装置进口温度在对应的预设温度阈值内，不仅提高了梯级储热系统的能量利用率，而且延长了储热装置的使用寿命。

技术领域

本发明涉及能量控制领域，具体涉及一种梯级储热系统充热方法和装置。

背景技术

相变材料(PCM-Phase Change Material)是指随温度变化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。这种材料一旦在人类生活被广泛应用，将成为节能环保的最佳绿色环保载体，在我国已经列为国家级研发利用序列。随着能源、环境等问题的日益加剧，相变储热技术也将在各个领域不断的发展。

在相变储热过程中，涉及到复杂的固液两相流、非平衡相变传热和传质的问题，同时相变材料和换热工质的工作特性也在动态变化，控制策略需要保证热量能有序存储。为了提高能量利用率，梯级相变储热是将加热器提供的能量按照“梯级利用”的原则进行能量存储的，比如，按照储热装置中相变材料的相变温度的不同，可以将储热装置分为高、中、低三种储热装置，放热流体从高到低依次流经三种储热装置，在相变材料的储热过程中，放热流体的温度沿流动方向在减少，而相变材料的相变温度也在逐渐降低。梯级相变储热系统使放热流体与相变材料之间的传热温差尽可能保持不变，因此能保持较恒定的热流使相变材料吸热熔化，整体上提高了材料的吸热速率。而在相变材料的放热过程，吸热流体逆流进入梯级相变储热装置，吸热流体持续吸热而使其温度在不断升高，而相变材料的熔点温度也阶梯升高，这使相变蓄热材料与吸热流体之间的传热温差也尽可能保持不变，因此也能保持恒定的热流使材料放热凝固，整体上也提高了材料的放热速率。因此梯级储热的思想将得到更为广泛的应用。

但是，在实际应用中，无论是储热装置是否为相储热装置，梯级储热系统的各个级储热装置往往不能如愿的同时完成充热过程，由于各种环境与器件等的原因，总是出现某一级储热装置已经充满，其他的储热装置还未充满的现象，而对于已经充满的储热装置来说如果还是保持原有加热热量不改变的话，就会有很大一部分能量被浪费，造成梯级储热系统的能量利用率很低，另外，不同级别的储热装置由于储热温度不同，为了节约成本，在生产时往往使用不同的材料，不同的材料对于温度的承受能力是不同的，因此一旦出现较高温储热装置先充满，加热温度不变的话会对较低温度储热装置造成损害，缩短了储热装置的使用寿命，上述缺陷都阻碍了梯级储热系统的发展。

因此，如何提高梯级储热系统的能量利用率、延长储热装置的使用寿命，成为一个亟待解决的技术问题。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于现有技术中梯级储热系统的能量利用率较低、储热装置使用寿命短。从而提供一种梯级储热系统充热方法和装置。

有鉴于此，本发明实施例的第一方面提供了一种梯级储热系统充热方法，所述梯级储热系统至少包括加热器、和与所述加热器依次连接的第一储热装置和第二储热装置，所述第一储热装置的储热温度大于所述第二储热装置的储热温度，每个所述储热装置分别并联设置有旁路通道，用于将充热热能从储热装置断开，所述方法包括：获取所述第一储热装置的充热状态；判断所述第一储热装置是否完成充热；若所述第一储热装置完成充热，则控制所述第一储热装置对应的旁路通道打开将所述第一储热装置旁路；获取所述第二储热装置的充热状态；判断所述第二储热装置是否完成充热；若所述第二储热装置未完成充热，则将所述加热器的出口温度调节至与所述第二储热装置对应的第一预设温度阈值。