CN107062974A - 高效热能梯级储存装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种高效热能梯级储存装置，包括储热罐和换热管，储热罐内设置有两块隔热板将储热罐分隔成高温腔、中温腔和低温腔，高温腔内填充有高温相变储能材料，中温腔内填充有中温相变储能材料，换热管依次穿过高温腔和中温腔，换热管的一端从高温腔穿出经进出阀连接外接口，换热管的一端设置有压力表、温度表和流量表，换热管的另一端从中温腔穿出后分为两条管路，一条管路依次经进口阀、进口单向阀连接低温腔，另一条管路依次经出口阀、出口单向阀连接低温腔，储热罐于高温腔、中温腔和低温腔的位置均设置有排空阀、换液阀和人孔。本发明的有益效果：在实现工业余热回收利用时充分利用洁净热流体热源。

Description

高效热能梯级储存装置
技术领域
本发明涉及储热设备技术领域，特别是涉及一种高效热能梯级储存装置。
背景技术
我国工业余热资源丰富，主要包括高温废气余热、冷却介质余热、废汽废水余热和高温产品等，余热资源约占其燃料消耗总量的17％～67％，其中可回收率达60％，余热利用率提升空间大，节能潜力巨大。当前余热资源的特点是:由于工艺生产过程中存在周期性、间断性或生产波动，导致余热量不稳定。余热利用装置受场地、生产状况等固有条件限制，因此工业余热资源利用系统或设备运行环境相对恶劣，要求设备具有适用能力强且稳定运行的特性，能适应多变的生产工艺要求，设备部件可靠性高，初期投入成本高，从经济性出发，需要结合工艺生产进行系统整体的设计布置，综合利用能量，以提高余热利用系统设备的效率。目前一些工业企业不在热力企业的管网覆盖范围内，通常采用自建燃煤、燃油以及燃气锅炉，这些锅炉的运行效率低和排放的污染物多，对环境的影响较大，也有部分企业采用清洁的电锅炉供热，但供热成本又较高。因此，采用移动蓄热的供热方式进行余热回收，然后提供给工业用户，是解决工业用户用热困境的有效途径之一。
目前出现的蓄热装置在一定程度上可以实现工业余热的回收利用，但是其换热、储热、供热方式单一，当热源为洁净热流体时，蓄热装置并不能充分利用洁净热流体，造成资源的浪费。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高效热能梯级储存装置，解决目前蓄热装置在实现工业余热回收利用时不能充分利用洁净热流体热源的技术问题。
本发明提供一种高效热能梯级储存装置，包括储热罐和换热管，储热罐内设置有两块隔热板将储热罐分隔成高温腔、中温腔和低温腔，高温腔内填充有高温相变储能材料，中温腔内填充有中温相变储能材料，换热管依次穿过高温腔和中温腔，换热管的一端从高温腔穿出经进出阀连接外接口，换热管的一端设置有压力表、温度表和流量表，换热管的另一端从中温腔穿出后分为两条管路，一条管路依次经进口阀、进口单向阀连接低温腔，另一条管路依次经出口阀、出口单向阀连接低温腔，储热罐于高温腔、中温腔和低温腔的位置均设置有排空阀、换液阀和人孔。
进一步的，储热罐于低温腔的位置设置有注液阀。
进一步的，换热管在高温腔和中温腔的部分呈蛇形分布。
进一步的，储热罐外包裹有保温层。
进一步的，高温相变储能材料为由糖醇类有机物与泡沫铜制成的复合材料，中温相变储能材料为由有机酸与泡沫铜制成的复合材料。
进一步的，储热罐由钢材料制成。
进一步的，进口阀和出口阀均位于储热罐的外部。
进一步的，高效热能梯级储存装置还包括控制箱，控制箱分别信号连接压力表、温度表、流量表、进出阀、进口阀和出口阀。
与现有技术相比，本发明的高效热能梯级储存装置具有以下特点和优点：
1、本发明的高效热能梯级储存装置，结构简单，便于操作，成本投入较低，充放热热量利用率较高，充放热时间较短；
2、本发明的高效热能梯级储存装置，在充热时，洁净热流体通过换热管依次经过高温腔和中温腔进行热量存储，实现不能温度梯级余热的回收，洁净热流体温度降低并进入低温腔直接存储，也可单独向低温腔内注入洁净流体，在放热时，低温腔内的洁净流体再通过换热管依次经过中温腔和高温腔，实现对洁净流体的梯级加热，洁净流体被加热后提供给用户且可提供不同温度的洁净流体，从而充分利用洁净热流体热源。
结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中高效热能梯级储存装置的剖视图；
其中，1、储热罐，11、低温腔，12、中温腔，13、高温腔，2、隔热板，3、人孔，4、换热管，51、进出阀，52、排空阀，53、换液阀，54、进口阀，55、出口阀，56、进口单向阀，57、出口单向阀，58、注液阀，61、压力表，62、温度表，63、流量表，7、控制箱。
具体实施方式
如图1所示，本实施例提供一种高效热能梯级储存装置，储热罐1采用优质Q235B碳钢/Q245R、345R锰钢/S30408、S31608不锈钢等材料制成，为圆柱体、椭球体、长方体或其它不规则形状。储热罐1外包裹有保温层，以对储热罐1进行良好保温。储热罐1内设置有两块隔热板2以将储热罐1分隔成高温腔13、中温腔12和低温腔11，高温腔13、中温腔12和低温腔11均为独立的空间，三者之间通过隔热板2实现热隔离。高温腔13内填充有高温相变储能材料，中温腔12内填充有中温相变储能材料，高温相变储能材料为由糖醇类有机物与泡沫铜制成的复合材料，相变温度约为205℃，相变潜热约为250KJ/kg，导热系数约为1.5W/(m﹒k)，中温相变储能材料为由有机酸与泡沫铜制成的复合材料，相变温度约为135℃，相变潜热约为210KJ/kg，导热系数约为2.5W/(m﹒k)。本实施例中的洁净热流体以高温热水为例。换热管4依次穿过高温腔13和中温腔12，换热管4在高温腔13和中温腔12的部分呈蛇形分布，以使换热管4中的热水热量充分地传递至高温腔13和中温腔12中。充热时，热水依次经过高温腔13和中温腔12的过程中，先在高温腔13进行热水与高温相变储能材料的热传递，再在中温腔12进行热水与中温相变储能材料的热传递，实现梯级蓄热；放热时，低温水依次经过中温腔12和高温腔13的过程中，先在中温腔12进行中温相变储能材料与热水的热传递，再在高温腔13进行高温相变储能材料与热水的热传递，实现梯级加热。本实施的高效热能梯级储存装置，充放热热量利用率较高，充放热时间较短。
换热管4的一端从高温腔13穿出经进出阀51连接外接口，外接口包括热源接口或用户接口。换热管4的一端设置有压力表61、温度表62和流量表63，通过压力表61实时监测换热管4内热水的压力值，通过温度表62监测换热管4内热水的温度，通过流量表63监测换热管4内的流量，根据热水的压力值、温度和流量，以此来控制进出阀51的开度，从而在放热时控制换热管4流出不同温度的热水以供用户使用。换热管4的另一端从中温腔12穿出后分为两条管路，一条管路经进口阀54、进口单向阀56连接低温腔11，另一条管路经出口阀55、出口单向阀57连接低温腔11。
在充热时，开启进出阀51和进口阀54，高温洁净热水经换热管4依次经过高温腔13和中温腔12，实现梯级蓄热，并经进口阀54、进口单向阀56进入低温腔11，在充热的绝大多数时间内进口单向阀56进液侧的压力大于出液侧压力，高温洁净热水持续进入低温腔11，但随着低温腔11内的洁净热水(相对于高温腔13和中温腔12中的热水，其温度较低)的蓄积，低温腔11内的压力会发生瞬时突增，进口单向阀56可以确保在低温腔11内的压力发生瞬时突增时，低温腔11内的洁净热水不会倒流。在放热时，开启进出阀51和出口阀55，低温腔11中的较低温度的洁净热水经出口单向阀57和出口阀55并依次经过中温腔12和高温腔13，实现梯级加热，再经过进出阀51进入用户管路以供用户使用。在放热的绝大多数时间内出口单向阀57进液侧的压力大于出液侧压力，较低温度的洁净热水持续经过中温腔12和高温腔13，但中温腔12和高温腔13的放热会发生瞬时突增，造成在中温腔12和高温腔13区域的换热管4内压力瞬时突增，出口单向阀57确保在中温腔12和高温腔13区域的换热管4内的压力发生瞬时突增时，换热管4内的洁净热水不会倒流至低温腔11中。
储热罐1于高温腔13、中温腔12和低温腔11的位置均设置有排空阀52、换液阀53和人孔3，在高温腔13、中温腔12和低温腔11内空气压力较大时，排空阀52开启泄压，在需要更换高温腔13内的高温相变储能材料、中温腔12内的中温相变储能材料和低温腔11中的水时，开启换液阀53进行更换，在检修时，维修人员通过人孔3进入高温腔13、中温腔12和低温腔11进行检修作业。
本实施例中的高效热能梯级储存装置，其储热罐1于低温腔11的上方设置有注液阀58，开启注液阀58，外部的冷水进入到低温腔11中，根据高温腔13、中温腔12储热量和用户对热水的温度要求，适当地增加低温腔11中的水量以供用户使用。本实施例中的高效热能梯级储存装置，进口阀54和出口阀55可以设置于储热罐1的外部，以方便操作人员手动控制开关。
本实施例的高效热能梯级储存装置，还可以实现充热、放热的自动控制，具体的，控制箱7分别经信号电缆信号连接压力表61、温度表62、流量表63、进出阀51、进口阀54和出口阀55。充热时，将换热管4的一端连接热源接口，控制箱7控制进出阀51和进口阀54开启，高温热水依次经高温腔13、中温腔12进入低温腔11，并通过压力表61、温度表62、流量表63实时监测换热管4的压力、温度和流量。放热时，将换热管4的一端连接用户接口，控制箱7控制进出阀51和出口阀55开启，低温腔11中的低温水依次经中温腔12、高温腔13被加热，控制箱7根据压力表61、温度表62和流量表63的监测数据控制进出阀51的开度，从而使换热管4流出不同温度的热水以供用户使用。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种高效热能梯级储存装置，其特征在于：包括储热罐和换热管，储热罐内设置有两块隔热板将储热罐分隔成高温腔、中温腔和低温腔，高温腔内填充有高温相变储能材料，中温腔内填充有中温相变储能材料，换热管依次穿过高温腔和中温腔，换热管的一端从高温腔穿出经进出阀连接外接口，换热管的一端设置有压力表、温度表和流量表，换热管的另一端从中温腔穿出后分为两条管路，一条管路依次经进口阀、进口单向阀连接低温腔，另一条管路依次经出口阀、出口单向阀连接低温腔，储热罐于高温腔、中温腔和低温腔的位置均设置有排空阀、换液阀和人孔。
2.根据权利要求1所述的高效热能梯级储存装置，其特征在于：储热罐于低温腔的位置设置有注液阀。
3.根据权利要求1所述的高效热能梯级储存装置，其特征在于：换热管在高温腔和中温腔的部分呈蛇形分布。
4.根据权利要求1所述的高效热能梯级储存装置，其特征在于：储热罐外包裹有保温层。
5.根据权利要求1所述的高效热能梯级储存装置，其特征在于：高温相变储能材料为由糖醇类有机物与泡沫铜制成的复合材料，中温相变储能材料为由有机酸与泡沫铜制成的复合材料。
6.根据权利要求1所述的高效热能梯级储存装置，其特征在于：储热罐由钢材料制成。
7.根据权利要求1所述的高效热能梯级储存装置，其特征在于：进口阀和出口阀均位于储热罐的外部。
8.根据权利要求1至7任一项所述的高效热能梯级储存装置，其特征在于：高效热能梯级储存装置还包括控制箱，控制箱分别信号连接压力表、温度表、流量表、进出阀、进口阀和出口阀。
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