CN104654896A - 蓄热器的组合分割充放热开环控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种蓄热器的组合分割充放热控制系统，可以实现不同蓄热器的分割、组合、分组、集成的蓄热、换热、使用，适合于10-1500度的温度，蓄热能力可以达到或超过500GJ-1000GJ蓄热。本发明包括多个蓄热器、二个并行的公用管道等，公用管道之间联通或者相互联通但组成一个开环回路，每个公用管道上可以与蓄热器的进口管道和出口管道进行连接；在公用管道上设置有一个或多个流体箱以及循环泵，在流体箱内存放有流体，用于进行循环或者换热；在对蓄热器的充放热过程中通过对不同的蓄热器阀门处于关闭状态就可以实现对蓄热器的组合或分割的进行充热或放热，实现可分割和可组合的热能存储和利用。

Description

蓄热器的组合分割充放热开环控制系统

技术领域

本发明涉及热能利用，特别是实现蓄热器的组合和分割的进行充热或放热的控制及使用。

背景技术

蓄热器是对热能进行储存的设备，现有的蓄热器为蒸汽型和液体蓄热器；

在工业节能领域，将余热进行回收并储存，通常采用相变技术进行蓄热，在低温领域采用蓄冰技术实现蓄热；

在太阳能领域，采用熔融盐蓄热，虽然熔融盐可以实现高温的储存，但是由于其需要从固态转变为液体，因而需要热能将其加热，同时熔融盐的毒性、经济型、安全性也存在问题，因而熔融盐蓄热的使用受到限制。

在太阳能领域，也采用空气或其他气体进行蓄热，但其热熔小，无法实现大规模的热能存储。

蓄能电站采用电能进行储存，特别是风电及光伏组成的电能，由于其无法实现储存，因而不得不大量的抛弃，造成大量的浪费。如果采用热能进行储存，需要具备大功率的存储能力的储存器。

在电站及蓄热式供暖应用中，需要大规模的蓄热器，通常达到500GJ-1000GJ，这样大的蓄热器时多个采集系统及换热器实现的蓄热，因而需要实现大规模的蓄热技术。

发明内容

本发明的目的是提供一种蓄热器的组合分割充放热控制系统，可以实现不同蓄热器的分割、组合、分组、集成的蓄热、换热、使用，适合于10-1500度的温度，蓄热能力可以达到或超过500GJ-1000GJ蓄热，本发明针对不同类型的蓄热器，设置有一对公用的充热管道以及一对公用的放热管道，同时将充热进口管道与放热出口管道进行连接，以及将充热出口管道与放热进口管道进行连接，将多个高温蓄热器与充热管道进行连接，同时将多个低温蓄热器与公用放热管道进行连接，通过流体循环实现可分割和可组合的热能存储和利用。

 

具体发明内容如下：

蓄热器的组合分割充放热开环控制系统，包括蓄热器，循环泵，流体箱，壳体等，其特征是：多个蓄热器，每个蓄热器设置有一个进口管道和出口管道，设置有二个并行的公用管道，公用管道之间联通或者相互联通但组成一个开环回路，每个公用管道上可以与蓄热器的进口管道和出口管道进行连接；

在公用管道上设置有一个或多个流体箱以及循环泵，在流体箱内存放有流体，用于进行循环或者换热；

蓄热器可以通过蓄热器的进口与出口与公用管道进行联通，流体可以通过公用管道与蓄热器进行联通，通过流体在蓄热器的进口进入，流体与蓄热器内的蓄热材料进行换热后，通过出口流出，实现换热；

所述蓄热器中至少有一个高温蓄热器以及至少一个低温蓄热器，高温蓄热器的温度高于低温蓄热器，高温蓄热器被称为放热蓄热器，低温蓄热器被称为充热蓄热器，充热蓄热器以及放热蓄热器与公用管道进行联通，充热蓄热器与放热蓄热器的进口与出口与公用管道之间组成一个闭环回路；当一个充热蓄热器进行充热时，打开其上的充热管道进出口的阀门，换热流体由循环泵驱动，从充热蓄热器中流过将流体加热，后流入到放热蓄热器中，将热能提供给放热蓄热器，实现热能的充放；

将多个充热蓄热器与公用管道进行连接，多个放热蓄热器与公用的管道的进口与出口进行连接，同时打开不同的蓄热器的开关阀门，就可以实现蓄热器的组合或分割的进行蓄热器的充热或放热使用控制。

所述的蓄热器，按照所使用的蓄热材料，选择自下列一种或多种：

A、固体粒块蓄热器：包括所有使用固体粒块为蓄热材料的蓄热器；

B、流体蓄热器：包括所有使用液体、气体、等离子体、超临界体作为蓄热材料的蓄热器；

C、熔融盐蓄热器：包括所有采用熔融盐作为蓄热材料的蓄热器；

D、液态金属蓄热器：包括所有采用液态金属作为蓄热材料的蓄热器；

E、混凝土蓄热器：包括所有采用混凝土蓄热材料的蓄热器；

F、陶瓷蓄热器：包括所有采用陶瓷为蓄热材料的蓄热器。

设置有多个流体箱以及多个循环泵，每个流体箱和循环泵组可以独立运行，可以实现与该组蓄热器完成独立的充热或放热。

在每个蓄热器的充热或放热进口或出口管道上设置有一组流体箱和循环泵，每组可以将一个充热蓄热器和一个放热蓄热器进行充放热或放热管理。

所述的流体选择下列一种或多种：液体、气体、等离子体、超临界体、液态金属、熔融盐。

还设置有流体加热设备，将流体进行换热，流体加热设备选择下列一种：

A、电热锅炉设备；

B、微波设备；

C、高频或中頻设备；

D、电声热转换设备；

E、电热陶瓷；

F、热泵。

还设置有控制器件，蓄热器在充放热过程中提供系统控制，控制系统由设置在每个蓄热器的充热或放热进口或出口的温度传感器、开关阀门、流量传感器、压力传感器组成，以及计算机、软件组成，控制系统可以完成蓄热器在充热或放热过程的智能控制。

在蓄热器内设置有下列一种换热器件，完成流体与蓄热材料的换热：

A、设置有多个管道，将蓄热器的进口与出口通过管道相互连通，使得流体可以在管道内流动，蓄热材料设置在容器内部与管道的剩余空间内；

B、设置有热管进行换热，热管的一部分设置在蓄热材料内，另外一部分设置在蓄热器的换热腔室内，换热腔室内设置有流体进口和出口，在换热腔室完成热管与流体的换热，然后再通过热管完成与蓄热材料的换热；

C、通过固体粒块的外形所形成的通道进行进行换热，流体在固体粒块所形成的缝隙或通道内进行流动，实现流体与蓄热材料的换热。

所述的管道选自下列一种或组合：

A、螺旋管；

B、管道的内部或者和外壁设置有换热翅片；

C、弯曲的管道；

D、其直径可以变化的管道；

E、管道的外壁上设置有可以与固体粒块相互连接的凹凸结构；

F、由不同的金属复合而成的管道。

 

所述的热管为选择下列至少一种：

A、多个环形、方形、矩形、多边形、曲边形组成的相互间距的组成的循环热管组；

B、由一个相互联通的截面形状为环形、方形、矩形、多边形、曲边形的循环热管或自激震荡热管组成；

C、由多个重力热管组成的热管组。

 

采用本发明的技术方案可产生如下的有益效果：

1、                           本发明蓄热器的组合分割控制使用，可以完成多个蓄热器的组合分割的充放热，既可以完成多个采集的蓄热器与一个共同的蓄热器进行充热，这样可以实现对个蓄热器的与集中使用，同时也可以完成一个蓄热器对多个蓄热器进行放热，从而将一个蓄热器的热能用于不同使用的蓄热器中；

2、                           本发明可以实现不同的类型的蓄热器的组合和分隔，多种来源的蓄热器可以进行不同目的的分类使用；

3、                           本发明可以实现可组合及分隔的蓄热，实现大规模的组合及分隔的蓄热站的组建。

4、                           本发明可以应用于工业余热、太阳能、地热、生物质等多种应用。

附图说明

图1是蓄热器的组合分割充放热开环控制系统。

图2是蓄热器的组合分割充放热开环控制系统。

 

图中标号含义：

1：蓄热器进口，2：蓄热器出口，3：管道阀门，4：蓄热器阀门，5：闭环回路  6：加热设备，7：公用管道，8：公用管道进口，9：公用管道出口，10：循环回路，11：阀门，12：流体箱，13：循环泵，14：容器内部连接管道，15：充热蓄热器，16：放热蓄热器。

具体实施方式

实施例1、蓄热器的组合分割充放热开环控制系统

图1所示的系统，设置有一个流体箱12及一个循环泵13及至少四个蓄热器，其中三个蓄热器的进口与出口与公用管道进行并联，一个蓄热器的进口与出口与公用管道进行串联，并联的蓄热器一个为高温蓄热器，另外两个为低温蓄热器，串联的为高温蓄热器，高温蓄热器为低温蓄热器提供热能，蓄热器上设置有一个流体进口和流体出口，蓄热的进口以及出口与公用管道进行连接，每个进出口以及出口处、以及闭环回路循环管上进口与出口连接之间设置有一个阀门，可以通过阀门控制流体流通或不流通；流体存储在流体箱内，循环泵可以驱动流体延闭环回路循环管进行流动；

在进行蓄热器的充放热过程中，将高温的充热蓄热器的进口和出口打开，同时将低温的放热蓄热器的进口和出口打开，利用循环泵驱动流体箱内的流体进行循环，将高温的充热蓄热器内热能通过流体交换到低温蓄热器中，实现热能的交换；

多个蓄热器在充放热过程中，打开蓄热器的进出口阀门，就可以实现蓄热器的充放热，当蓄热器不需要充放热时，将蓄热器进口以及出口开关封闭，就可以使蓄热器不进行充放热，这样可以实现蓄热器的组合或分割进行充放热控制。

 

实施例2、蓄热器的组合分割充放热控制系统

图2所示的控制系统，设置有两个公用管道7，公用管道之间不联通，由三个充热蓄热器15以及三个放热蓄热器16组成，三个充热蓄热器15与三个放热蓄热器与公用管道7进行串联；

充热蓄热器15与公用管道连接后，打开充热蓄热器15进出口阀门，同时打开流体箱的阀门，通过循环泵提供动力，将流体进行循环，当流体进入到高温充热蓄热器后，低温流体与高温蓄热器内的蓄热材料进行换热，使得流体升温，升温后的流体进入到放热蓄热器16，与放热蓄热器内的蓄热材料进行换热，流体释放热能温度降低，流体再循环进入到高温充热蓄热器内进行加热，这样反复直到充热蓄热器与放热蓄热器之间温度平衡。

如果希望得到三个都是温度一样的蓄热温度，可以将三个充热蓄热器与三个放热蓄热器同时打开进行流体循环。

如果将三个充热蓄热器同时打开，开始打开一个放热蓄热器，将第一个放热蓄热器放满热能之后，再对第二个进行放热，再第三个，这样的顺序使得三个被发放的蓄热器的温度由差别，第一最高、第二个其次，第三个最低，这样可以充分的将蓄热器的热能进行释放。

也可以将充热蓄热器分别开始充热，直到第一个充热蓄热器无法再充热，依次加入第二个及第三个充热蓄热器，这样可以将三个放热蓄热器内的温度相同，但是充热蓄热器的热能不能被充分的释放，特别是第三个还剩余更多的热能。

可以根据需要设置不同的充放方案，但是无论哪种方案，都是可以实现蓄热器的分割和组合。

Claims (10)

1.蓄热器的组合分割充放热开环控制系统，包括蓄热器，循环泵，流体箱，壳体等，其特征是：多个蓄热器，每个蓄热器设置有一个进口管道和出口管道，设置有二个并行的公用管道，公用管道之间联通或者相互联通但组成一个开环回路，在公用管道上设置有一个或多个流体箱以及循环泵，在流体箱内存放有流体，用于进行循环或者换热；

蓄热器可以通过蓄热器的进口与出口与公用管道进行串联或并联，流体可以通过公用管道与蓄热器进行联通，通过流体在蓄热器的进口进入，流体与蓄热器内的蓄热材料进行换热后，通过蓄热器的出口流出，实现换热；

所述蓄热器中至少有一个高温蓄热器以及至少一个低温蓄热器，高温蓄热器的温度高于低温蓄热器，高温蓄热器被称为放热蓄热器，低温蓄热器被称为充热蓄热器，充热蓄热器以及放热蓄热器与公用管道进行联通，充热蓄热器与放热蓄热器的进口与出口与公用管道之间组成一个闭环回路；当一个充热蓄热器进行充热时，打开其上的充热管道进出口的阀门，换热流体由循环泵驱动，从充热蓄热器中流过将流体加热，后流入到放热蓄热器中，将热能提供给放热蓄热器，实现热能的充放；

将多个充热蓄热器与公用管道进行连接，多个放热蓄热器与公用的管道的进口与出口进行连接，同时打开不同的蓄热器的开关阀门，就可以实现蓄热器的组合或分割的进行蓄热器的充热或放热使用控制。

2.根据权利要求1所述的蓄热器的组合分割充放热开环控制系统，其特征是：所述的蓄热器，按照所使用的蓄热材料，选择自下列一种或多种：

A、固体粒块蓄热器：包括所有使用固体粒块为蓄热材料的蓄热器；

B、流体蓄热器：包括所有使用液体、气体、等离子体、超临界体作为蓄热材料的蓄热器；

C、熔融盐蓄热器：包括所有采用熔融盐作为蓄热材料的蓄热器；

D、液态金属蓄热器：包括所有采用液态金属作为蓄热材料的蓄热器；

E、混凝土蓄热器：包括所有采用混凝土蓄热材料的蓄热器；

F、陶瓷蓄热器：包括所有采用陶瓷为蓄热材料的蓄热器。

3.根据权利要求1所述的蓄热器的组合分割充放热开环控制系统，其特征是：设置有多个流体箱以及多个循环泵，每个流体箱和循环泵组可以独立运行，可以实现与该组蓄热器完成独立的充热或放热。

4.根据权利要求1所述的蓄热器的组合分割充放热开环控制系统，其特征是：在每个蓄热器的充热或放热进口或出口管道上设置有一组流体箱和循环泵，每组可以将一个充热蓄热器和一个放热蓄热器进行充放热或放热管理。

5.根据权利要求1所述的蓄热器的组合分割充放热开环控制系统，其特征是：所述的流体选择下列一种或多种：液体、气体、等离子体、超临界体、液态金属、熔融盐。

6.根据权利要求1所述的蓄热器的组合分割充放热开环控制系统，其特征是：还设置有流体加热设备，将流体进行换热，流体加热设备选择下列一种：

A、电热锅炉设备；

B、微波设备；

C、高频或中頻设备；

D、电声热转换设备；

E、电热陶瓷；

F、热泵。

7.根据权利要求1所述的蓄热器的组合分割充放热开环控制系统，其特征是：还设置有控制器件，蓄热器在充放热过程中提供系统控制，控制系统由设置在每个蓄热器的充热或放热进口或出口的温度传感器、开关阀门、流量传感器、压力传感器组成，以及计算机、软件组成，控制系统可以完成蓄热器在充热或放热过程的智能控制。

8.根据权利要求1所述的蓄热器的组合分割充放热开环控制系统，其特征是：在蓄热器内设置有下列一种换热器件，完成流体与蓄热材料的换热：

A、设置有多个管道，将蓄热器的进口与出口通过管道相互连通，使得流体可以在管道内流动，蓄热材料设置在容器内部与管道的剩余空间内；

B、设置有热管进行换热，热管的一部分设置在蓄热材料内，另外一部分设置在蓄热器的换热腔室内，换热腔室内设置有流体进口和出口，在换热腔室完成热管与流体的换热，然后再通过热管完成与蓄热材料的换热；

C、通过固体粒块的外形所形成的通道进行进行换热，流体在固体粒块所形成的缝隙或通道内进行流动，实现流体与蓄热材料的换热。

9.根据权利要求8所述的蓄热器的组合分割充放热开环控制系统，其特征是：所述的管道选自下列一种或组合：

A、螺旋管；

B、管道的内部或者和外壁设置有换热翅片；

C、弯曲的管道；

D、其直径可以变化的管道；

E、管道的外壁上设置有可以与固体粒块相互连接的凹凸结构；

F、由不同的金属复合而成的管道。

10.根据权利要求8所述的蓄热器的组合分割充放热开环控制系统，其特征是：所述的热管为选择下列至少一种：

A、多个环形、方形、矩形、多边形、曲边形组成的相互间距的组成的循环热管组；

B、由一个相互联通的截面形状为环形、方形、矩形、多边形、曲边形的循环热管或自激震荡热管组成；

C、由多个重力热管组成的热管组。