[实用新型]一种可调节的梯级相变储热装置

说明书

本发明公开了一种可调节的梯级相变储热装置，包括装置壳体，各级相变储热单元，换热管路组成。通过控制换热管路上的电磁阀，可实现旁通管路的通断，进而调节流体流动路径。所述控制方法，包括蓄热控制方法与放热控制方法。以蓄热控制方法为例，获取装置工作模式，各级储热单元入口及内部温度，若入口温度高于内部温度，调节对应的电磁阀门，联通旁通管路，流体直接进入下一储热单元入口；若入口温度低于内部温度，断开旁通管路，流体进入该储热单元内部换热。该装置可有效避免蓄热过程储热单元反向放热，以及放热过程储热单元反向吸热，减少蓄/释热过程能量损失，提高储热装置的换热效率和能量利用率。

技术领域

本实用新型涉及一种梯级相变储热装置，尤其涉及一种可调节的梯级相变储热装置。

背景技术

相变材料是指在特定温度下,通过物质相态变化,吸收或放出大量潜热的功能材料。相变储热是利用材料的物态变化吸收或释放热量的储能技术，具有储能密度高、装置体积小、蓄释热过程稳定等优点，能够解决能源利用在时间和空间供需不匹配的问题。然而，现有用于供暖相变储热装置，其内部大多只填充一种相变材料，换热性能较差，且效率和能量利用效率较低。

多(梯)级相变储热是指基于“温度对口、梯级利用”原则，通过在传热流体流动方向上布置熔点依次降低的相变材料，进而实现热量的梯级蓄释。与单级相变储热技术相比，多级相变储热可以显著提高储能装置效率，缩短蓄释热时间，并使传热介质出口温度稳定，进而提升系统用能效率和运行稳定性。

专利申请号为201710196922.8的中国专利公开了一种基于相变储热单元的模块化梯级储热装置及其方法，包括装置本体、相变储热单元堆积系统和输入输出系统。其中相变储热单元堆积系统包括若干个相变储热单元，在装置本体内按照其内部相变材料熔点高低梯级分布。蓄热时的流程为高温流体依次从高温相变单元流至低温相变单元，最终从装置底部处流出；放热时的流程为高温流体依次从低温相变单元至高温相变单元，最终从装置顶部处流出。该发明可梯级蓄释热，且易于单元堆积和系统放大。然而，该装置未考虑传热流体进口温度波动对蓄释热过程的影响，不利于供暖系统灵活运行。

专利公开号为CN201410601801.3的发明专利，提出一种梯级储热系统及梯级储热方法。提出包括固体储热换热器、相变储热换热器、熔盐蒸汽过热器、主管路和旁管路的梯级储热系统及6种储热换热器组合方式。然而，申请者并没有给出系统切换储热换热器组合的控制逻辑。此外，申请者所提出的梯级储热系统主要应用于大型太阳能发电及工业余热回收，并适用于低温供暖系统。

专利申请号为201611102095.3的一种梯级储热系统充热方法和装置。该系统充热方法包括，通过获取各级储热装置的充热状态，对已完成充热的装置进行旁通，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阂值内，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。然而，该梯级储热系统充热方法和装置在供暖系统的应用中仍存在一定局限性，具体如下：1、该充热方法适用于加热设备可灵活调节温度的系统。但对于太阳能供暖、余热回收等温度难以调节的系统，则无法发挥相应作用。2、仅提出充热方法，未考虑放热方法。对于供暖系统，其末端回水也存在一定温度波动，会对模块放热过程造成影响。3、低温供暖系统，尤其是太阳能、空气源热泵等系统的供水温度较低，并不会对低温储热装置造成损害，因而该方法不能起到延长储热装置使用寿命的作用。

从上述专利可以看出，现有梯级储热装置及调节方法还不够完善，并缺乏针对供暖系统所设计的梯级储热装置及控制方法，容易造成无效蓄释热。以空气源热泵供暖系统为例。蓄热过程，当出现严寒天气，为保证热泵正常运行，运行人员降低热泵出水温度。此时，某储热单元的入口水温可能低于其内部温度，因而导致最高温储热单元反向对热泵出水放热，造成蓄热量浪费。而放热过程，由于某段时间供暖负荷相对较低，末端回水温度升高高，此时，某储热单元的入口水温度高于其内部温度，该储热单元反向吸热，供水温度反而降低。这些情况均会导致部分储热单元无效蓄释热，降低装置换热效率，影响使用寿命；而且还使供暖系统低效运行，造成能源浪费。