[发明专利]相变可调式热能输送系统及其控制方法

说明书

本发明公开的相变可调式热能输送系统，包括蒸发器、冷凝器和相变控制系统，蒸发器和冷凝器通过管路连通，相变控制系统包括调节系统及通过管路连通的气液分离储罐和高压工质储罐，气液分离储罐通过管路与蒸发器和冷凝器连通。本发明公开的相变可调式热能输送系统的控制方法，通过测量冷热源温度计算得到工质的饱和压力并对系统压力进行调节；通过调节系统流量保持相变状态降低余热回收成本；通过设置加力调节装置调节气液分离储罐液位保障系统安全可靠运行。本发明通过控制调节相变过程可实现大通量小温差余热资源的经济高效低成本远距离输送。

技术领域

本发明涉及热能交换输送技术领域，具体涉及一种相变可调式热能输送系统，还涉及一种相变可调式热能输送系统的控制方法。

背景技术

通常热能输送主要通过管道连接热能的供需两端利用水或水蒸气将热量从热端传递到冷端，在此过程中往往需要很大的流量才能达到大量输送的目的，这是由于在常用参数条件下水在液态的定压比热约为4.2kJ/kg*K，在汽态的比热约为2.1kJ/kg*K，在相同温升条件下仅采用汽态或液态的方式进行换热则需要较大的温差和流量来进行热量传递，而相变过程一般是在某一特定温度条件下进行，相变过程温度不变并且具有很高的能量密度，如在0.1MPa条件下，水的相变点焓差可达到约2257.51kJ/kg，可极大的减少换热过程中所需工质流量。当前的水蒸气供热技术一般供汽参数范围为0.8～1.3MPa，温度范围为170℃～190℃，供汽距离一般在3～4公里，对于在较低温度条件下的热量输送则不适用，例如在矿井进口风道常加热0℃以下的空气，如采用水蒸气加热则不符合热能梯级利用，能源浪费严重，并且存在冷冻结冰的风险。采用冷媒工质作为相变工质进行传热，过程中相变工况的维持及相变状态的控制是提高系统的传热效率和广泛适应性的关键问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种相变可调式热能输送系统，有利于通过相变过程利用大通量小温差余热资源，实现热量的经济高效远距离输送。

本发明的另一目的是提供一种相变可调式热能输送系统的控制方法，通过相变控制系统解决了传热过程中能耗大的问题。

本发明所采用的第一种技术方案是，相变可调式热能输送系统，包括蒸发器、冷凝器和相变控制系统，蒸发器和冷凝器通过管路连通，相变控制系统包括调节系统及通过管路连通的气液分离储罐和高压工质储罐，气液分离储罐通过管路与蒸发器和冷凝器连通。

本发明第一种技术方案的特征还在于，

蒸发器的热源侧设有温度传感器d，冷凝器的冷源侧设有温度传感器a，蒸发器和冷凝器之间的管路设有温度传感器e，冷凝器和气液分离储罐连通的管路上设有温度传感器b，气液分离储罐内设有压力传感器、温度传感器c和液位传感器，气液分离储罐和高压工质储罐之间并联连通有两根管路，两根管路分别位于气液分离储罐和高压工质储罐的顶部和底部，底部管路设有抽吸泵和关断阀，顶部管道上设有回流阀，冷凝器和气液分离储罐之间的管路设有主路调阀，主路调阀并联有加力膨胀阀；

工质抽吸泵、加力膨胀、主路调阀、回流阀、关断阀、温度传感器a、液位传感器、温度传感器b、压力传感器、温度传感器c、温度传感器d和温度传感器e均与调节系统通过信号连接。

蒸发器和冷凝器之间的管路上设有蒸汽压缩机，蒸汽压缩机与调节系统信号连接。

气液分离储罐和蒸发器之间的管路上设有工质泵，工质泵与调节系统信号连接。

蒸发器内的热源通道采用蛇形绕流布置，热源在蒸发器内上进下出。

冷凝器内的冷源通道采用蛇形绕流布置，冷源在冷凝器内上进下出。

本发明所采用的第二种技术方案是，相变可调式热能输送系统的控制方法，具体包括以下步骤：

步骤1，温度传感器a和温度传感器d将温度数值输入到调节系统，调节系统计算温度差得到工质的饱和压力；