CN108007246A - 换热量可调控的低谷电加热熔盐蓄放热装置及使用方法 - Google Patents

换热量可调控的低谷电加热熔盐蓄放热装置及使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了换热量可调控的低谷电加热熔盐蓄放热装置及使用方法，包括：热管式换热器、填充有熔盐的蓄热罐体、换热通道和混水箱；热管式换热器的蒸发段置于蓄热罐体内，冷凝段置于换热通道内，蓄热罐体内设有加热熔盐的电加热装置；换热通道与混水箱组成循环水路，混水箱的工作水口与用户端相连；夜间利用低谷电加热熔盐，将熔盐加热至液态；白天用电高峰时段，通过热管式换热器利用蓄热罐体内储存的热量加热冷流体，向用户端进行供暖，换热通道的入口与出口端分别设置传感器组和控制阀门来控制流体流量，从而控制换热量；出口端未达温度要求的冷流体可通过回水通路进行再次换热以达到用户需求。

Description

换热量可调控的低谷电加热熔盐蓄放热装置及使用方法
技术领域
本发明涉及电网低谷电的有效利用技术领域，尤其涉及换热量可调控的低谷电加热熔盐蓄放热装置及使用方法。
背景技术
近年来雾霾问题成为人们关注的焦点，燃煤带来的能源消耗和环境污染却越来越严重清洁的太阳能被视为较为理想的可替代性能源。将熔盐电蓄热用于建筑物供暖，既可解决风电和光伏发电难以并网问题，同时也可缓解北方供暖季的雾霾问题。在夜间利用低谷电进行单罐内熔盐相变蓄热，白天用于供暖，具有十分重要的应用价值。
国家出台了“煤改电”政策来减少能源消耗、缓解雾霾问题，但同时也加剧了电网的负荷与峰谷差，电蓄能技术无疑是目前解决电网峰谷差问题最为直接有效的手段。采用相变蓄热介质(熔盐)将夜晚低谷电以热能形式储存起来，用于白天使用，不仅可以改善电网负荷情况，还节省能源费用；且熔盐潜热蓄能的储能密度高，可大大减小蓄热系统体积、节约成本。因此，低谷电电加热蓄放热装置对于提高能源利用效率、改善电网峰谷差以及改善环境均具有十分重要的意义。
发明内容
针对上述问题中存在的不足之处，本发明提供换热量可调控的低谷电加热熔盐蓄放热装置及使用方法。
为实现上述目的，本发明提供一种换热量可调控的低谷电加热熔盐蓄放热装置，包括：热管式换热器、填充有熔盐的蓄热罐体、换热通道和混水箱；
所述热管式换热器的蒸发段置于所述蓄热罐体内，冷凝段置于所述换热通道内；所述蓄热罐体底部设有用于加热熔盐的电加热装置，所述电加热装置与供电系统相连；所述换热通道的进水口通过进水管与所述混水箱的回水口相连，所述换热通道的出水口通过出水管与所述混水箱的进水口相连，所述混水箱的工作水口与用户端相连；
所述蓄热罐体内安装有第一热电偶，所述混水箱内安装有第二热电偶，所述进水管上安装有第一流量控制阀门、第一传感器组和回水泵，所述出水管上安装有第二流量控制阀门和第二传感器组；所述第一热电偶、第二热电偶、第一传感器组和第二传感器组均与控制装置的输入端相连，所述电加热装置、第一流量控制阀门、回水泵和第二流量控制阀门均与控制装置的输出端相连。
作为本发明的进一步改进，所述热管式换热器是由多根热管组成，所述热管的排列方式为四边形顺排或等边三角形叉排。
作为本发明的进一步改进，所述热管的蒸发段与冷凝段上均设有用于强化换热的翅片。
作为本发明的进一步改进，所述蓄热罐体的外表面套有保温层。
作为本发明的进一步改进，所述电加热装置为圆柱形加热棒、螺旋管形加热器、加热板或加热带，所述圆柱形加热棒、螺旋管形加热器或加热板设置在所述蓄热罐体内部，所述加热带缠绕在所述蓄热罐体外表面上。
作为本发明的进一步改进，所述第一传感器组包括温度传感器与流量传感器，所述第二传感器组包括温度传感器与流量传感器。
作为本发明的进一步改进，所述控制装置根据第一传感器组检测的温度和流量控制第一流量控制阀门；
所述控制装置根据第二传感器组检测的温度和流量控制第二流量控制阀门；
所述控制装置根据第一热电偶检测的温度控制电加热装置的运行功率；
所述控制装置根据第二热电偶检测的温度控制回水泵的开闭。
作为本发明的进一步改进，所述控制装置为PLC控制器。
本发明还提供一种换热量可调控的低谷电加热熔盐蓄放热装置的使用方法，包括：同时蓄放热阶段和放热阶段；
同时蓄放热阶段：低谷电时段，利用夜间低谷电，通过电加热装置对蓄热罐体内的熔盐进行加热，将电能转化为热能进行储存；控制装置根据第一热电偶检测的温度控制电加热装置的运行功率，保证热管式换热器处于安全运行温度；同时利用热管式换热器将熔盐热量传递给换热通道中的循环水，供给用户端；
放热阶段：非低谷电时段，熔盐最初温度较高，后随着放热时间增加熔盐温度不断下降，控制装置根据第一传感器组、第二传感器组检测的温度和流量控制第一流量控制阀门、第二流量控制阀门调节回路中循环水的流量与流速，实现换热量的调节，并供给用户端。
作为本发明的进一步改进，在同时蓄放热阶段或放热阶段中，控制装置根据第二热电偶检测混水箱的温度，当混水箱的水温达到用户端需求时，控制装置关闭回水泵；在混水箱的水温不能达到用户端需求时，控制装置打开回水泵，进行熔盐与水换热。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、低谷电加热熔盐蓄放热装置结构紧凑、使用方便、流量可控；
2、低谷电加热熔盐蓄放热装置的熔盐与水不直接接触换热，通过热管式换热器进行间接换热，提高系统使用寿命与安全性；
3、低谷电加热熔盐蓄放热装置使用成本较低，利用夜晚廉价的低谷电进行蓄热，实现显热与潜热的储存；
4、低谷电加热熔盐蓄放热装置的温度可控，既减少能源浪费，又可充分满足用户需求，同时可保证用户端使用温度的稳定性；
5、低谷电加热熔盐蓄放热装置可解决电网峰谷问题，充分利用低谷电，缓解城市雾霾。
附图说明
图1为本发明实施例1公开的一种换热量可调控的低谷电加热熔盐蓄放热装置的结构图；
图2为本发明实施例2公开的一种换热量可调控的低谷电加热熔盐蓄放热装置的结构图；
图3为本发明实施例3公开的一种换热量可调控的低谷电加热熔盐蓄放热装置的结构图；
图4a为本发明一种实施例公开的热管式换热器的热管按四边形顺排的排列示意图；
图4b为本发明一种实施例公开的热管式换热器的热管按等边三角形叉排的排列示意图。
图中：
1、热管式换热器；2、蓄热罐体；3、保温层；4、蓄热罐端盖；5、电加热装置；6、控制装置；7、第一热电偶；8、第一流量控制阀门；9、第一传感器组；10、换热通道；11、第二传感器组；12、第二流量控制阀门；13、混水箱；14、第二热电偶；15、回水泵。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：
实施例1：
本发明的目的是利用电能供暖，缓解电网峰谷差，提出一种利用夜间低谷电蓄热，白天进行供暖的换热量可调控的低谷电加热熔盐蓄放热装置及使用方法。将相变蓄热介质与换热流体通过热管以间接的方式进行换热，提高系统使用寿命与安全性。采用此装置可以提高电网低谷电的利用效率，同时缓解城市雾霾问题。
如图1所示，本发明提供一种换热量可调控的低谷电加热熔盐蓄放热装置，包括：热管式换热器1、填充有相变蓄热介质的蓄热罐体2、保温层3、蓄热罐端盖4、电加热装置5、控制装置6、第一热电偶7、第一流量控制阀门8、第一传感器组9、换热通道10、第二传感器组11、第二流量控制阀门12、混水箱13、第二热电偶14和回水泵15；其中，本发明选用的相变蓄热介质为熔盐，除熔盐外还可采用其它相变蓄热介质，熔盐具有熔点低、热稳定性好、工作范围广等优势，可将电能转化为高温热能进行储存；换热通道10中流经的换热流体采用水，除水外其还可采用其它换热流体；本发明不以相变蓄热介质和换热流体的不同来限制本发明的权利要求。具体的：
本发明的蓄热罐体2内填充有熔盐，热管式换热器1的蒸发段置于蓄热罐体2内，冷凝段置于换热通道10内，热管式换热器1可安装在蓄热罐体2的蓄热罐端盖4上；其中，本发明的热管式换热器1是由多根热管组成，通过热管实现蓄热罐体2内的高温熔盐与换热通道10内的水进行换热；热管式换热器1的热管的排列方式可采用如图4a所示的四边形顺排或如图4b所示的等边三角形叉排，也可采用其它排列方式；热管具体的排列方式依据实际需求进行选择。
本发明的蓄热罐体2底部设有用于加热熔盐的电加热装置5，电加热装置5与市电网供电系统相连；电加热装置5位于热管式换热器1的下方，电加热装置5可为圆柱形加热棒、螺旋管形加热器、加热板或加热带，圆柱形加热棒、螺旋管形加热器或加热板设置在蓄热罐体2内部，加热带缠绕在蓄热罐体2外表面上，实施例1中选用的电加热装置5为圆柱形加热棒。本发明的蓄热罐体2的外表面套有保温层3，保温层的导热系数小于0.5W/(m·K)；蓄热罐体2的底部还设有排盐口(图中未示出)，用于事故或常规检修。
本发明的蓄热罐体2内安装有用于检测熔盐温度的多个第一热电偶7，第一热电偶可固定安装在蓄热罐体2的内壁上或热管式换热器1上。第一热电偶7与控制装置6的输入端相连，控制装置6的输出端与圆柱形加热棒相连。使用时，第一热电偶7实时检测蓄热罐体2内的熔盐温度，当熔盐温度较低时，控制装置6升高圆柱形加热棒的加热功率；当熔盐温度较低时，控制装置6降低圆柱形加热棒的加热功率，保持低功率加热，以保证热管式换热器处于安全运行温度。具体的，本发明的控制装置6可采用PLC控制器，PLC控制器内对应设有温度阈值，通过温度阈值来实现运行功率的调整；上述控制原理为现有常规的控制过程，故在此不对其做详细阐述。
本发明的换热通道10和混水箱13构成循环水路，具体为：换热通道10的进水口通过进水管与混水箱13的回水口相连，换热通道10的出水口通过出水管与混水箱13的进水口相连；混水箱13的工作水口与用户端相连，即混水箱13的工作进水口与用户端的出水口相连，混水箱13的工作出水口与用户端的进水口相连，具体循环水路如图1所示。本发明在进水管上安装有第一流量控制阀门8、第一传感器组9和回水泵15，第一传感器组9包括用于检测进水管水流温度的温度传感器与用于检测进水管水流流量的流量传感器；出水管上安装有第二流量控制阀门11和第二传感器组12，第二传感器组12包括用于检测出水管水流温度的温度传感器与用于检测出水管水流流量的流量传感器；混水箱13内安装有第二热电偶14，第二热电偶14可安装在混水箱13的内壁上，用于检测混水箱13的水温。控制装置6的输入端与第一传感器组9、第二传感器组11和第二热电偶14相连，控制装置6的输出端与第一流量控制阀门8、第二流量控制阀门12和回水泵15相连。
使用时，控制装置6根据第一传感器组9检测的温度和流量控制第一流量控制阀门8的开启角度，控制装置6根据第二传感器组11检测的温度和流量控制第二流量控制阀门12的开启角度；通过控制第一流量控制阀门8、第二流量控制阀门12来调节回路中循环水的流量与流速，从而实现换热量的调节。控制装置6根据第二热电偶14检测混水箱13的温度，当混水箱13的水温达到用户端需求的最高值时，控制装置6关闭回水泵15；在混水箱13的水温不能达到用户端需求的最低值时，控制装置6打开回水泵15，进行熔盐与水换热。
进一步，本发明的电加热装置、传感器组、流量控制阀门以及回水泵均由控制装置进行控制，可由用户进行数据采集、参数修改、运行监控等；控制装置通过综合信号信息来不断调节加热功率和循环流体流量，以满足不同运行工况，实现用户端需求。
本发明还提供一种换热量可调控的低谷电加热熔盐蓄放热装置的使用方法，包括：同时蓄放热阶段和放热阶段；
同时蓄放热阶段：
以北京峰谷电价为例，在夜间22:00-第二天早晨8:00的低谷电时段，利用夜间廉价的低谷电，启动圆柱形加热棒，对蓄热罐体2内的熔盐进行大功率持续加热，将电能转化为热能进行储存，当第一热电偶7检测到蓄热罐体2内熔盐最高温度达到设定的温度时(即达热管工作最高温度)，控制装置6控制圆柱形加热棒保持低功率加热，维持蓄热罐体2内熔盐温度恒定，且保证热管式换热器1在其工作温度范围内的较高温度下工作。在熔盐蓄热的同时，高温熔盐与低温冷流体通过热管式换热器1进行换热，换热后的热流体通过混水箱13，流入用户端进行供暖，流出用户端的冷流体再次通过混水箱13，利用回水泵15进入换热通道10进行换热，形成循环回路，保证用户端供热温度恒定。
放热阶段：
早上非低谷电时段，控制装置6自动停止圆柱形加热棒运行，蓄热罐体2只进行放热。放热阶段初始时，熔盐温度较高，根据第一传感器组9、第二传感器组11检测的温度和流量，控制装置6控制第一流量控制阀门8、第二流量控制阀门12，提供一较小的水流量；后期随着释热时间增长，蓄热罐体2储存的热能逐渐释放出来，相变蓄热介质温度降低，控制装置6控制第一流量控制阀门8、第二流量控制阀门12增大回路中循环水的流量与流速来增大换热量。
在同时蓄放热阶段或放热阶段中，控制装置6根据第二热电偶14检测混水箱13的温度，当混水箱13的水温达到用户端需求的最高值时，控制装置6关闭回水泵15，此时换热通道内无循环流体通过；在混水箱13的水温不能达到用户端需求的最低值时，控制装置6打开回水泵15，进行熔盐与水换热，从而保证用户端供暖流体温度恒定。
实施例2：
如图2所示，本发明提供一种换热量可调控的低谷电加热熔盐蓄放热装置，其与实施例1类似，只是在热管式换热器1的每个热管的蒸发段与冷凝段均设有用于强化换热的翅片，其它结构及使用方法与实施例1均相同。
实施例3：
如图3所示，本发明提供一种换热量可调控的低谷电加热熔盐蓄放热装置，其与实施例1类似，只是将实施例1中的将圆柱形加热棒改为螺旋管形加热器，其它结构及使用方法与实施例1均相同。
本发明具有以下优点：
1、低谷电加热熔盐蓄放热装置结构紧凑、使用方便、流量可控；
2、低谷电加热熔盐蓄放热装置的熔盐与水不直接接触换热，通过热管式换热器进行间接换热，提高系统使用寿命与安全性；
3、低谷电加热熔盐蓄放热装置使用成本较低，利用夜晚廉价的低谷电进行蓄热，实现显热与潜热的储存；
4、低谷电加热熔盐蓄放热装置的温度可控，既减少能源浪费，又可充分满足用户需求，同时可保证用户端使用温度的稳定性；
5、低谷电加热熔盐蓄放热装置可解决电网峰谷问题，充分利用低谷电，缓解城市雾霾。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种换热量可调控的低谷电加热熔盐蓄放热装置，其特征在于，包括：热管式换热器、填充有熔盐的蓄热罐体、换热通道和混水箱；
所述热管式换热器的蒸发段置于所述蓄热罐体内，冷凝段置于所述换热通道内；所述蓄热罐体底部设有用于加热熔盐的电加热装置，所述电加热装置与供电系统相连；所述换热通道的进水口通过进水管与所述混水箱的回水口相连，所述换热通道的出水口通过出水管与所述混水箱的进水口相连，所述混水箱的工作水口与用户端相连；
所述蓄热罐体内安装有第一热电偶，所述混水箱内安装有第二热电偶，所述进水管上安装有第一流量控制阀门、第一传感器组和回水泵，所述出水管上安装有第二流量控制阀门和第二传感器组；所述第一热电偶、第二热电偶、第一传感器组和第二传感器组均与控制装置的输入端相连，所述电加热装置、第一流量控制阀门、回水泵和第二流量控制阀门均与控制装置的输出端相连。
2.如权利要求1所述的换热量可调控的低谷电加热熔盐蓄放热装置，其特征在于，所述热管式换热器是由多根热管组成，所述热管的排列方式为四边形顺排或等边三角形叉排。
3.如权利要求2所述的换热量可调控的低谷电加热熔盐蓄放热装置，其特征在于，所述热管的蒸发段与冷凝段上均设有用于强化换热的翅片。
4.如权利要求1所述的换热量可调控的低谷电加热熔盐蓄放热装置，其特征在于，所述蓄热罐体的外表面套有保温层。
5.如权利要求1所述的换热量可调控的低谷电加热熔盐蓄放热装置，其特征在于，所述电加热装置为圆柱形加热棒、螺旋管形加热器、加热板或加热带，所述圆柱形加热棒、螺旋管形加热器或加热板设置在所述蓄热罐体内部，所述加热带缠绕在所述蓄热罐体外表面上。
6.如权利要求1所述的换热量可调控的低谷电加热熔盐蓄放热装置，其特征在于，所述第一传感器组包括温度传感器与流量传感器，所述第二传感器组包括温度传感器与流量传感器。
7.如权利要求6所述的换热量可调控的低谷电加热熔盐蓄放热装置，其特征在于，所述控制装置根据第一传感器组检测的温度和流量控制第一流量控制阀门；
所述控制装置根据第二传感器组检测的温度和流量控制第二流量控制阀门；
所述控制装置根据第一热电偶检测的温度控制电加热装置的运行功率；
所述控制装置根据第二热电偶检测的温度控制回水泵的开闭。
8.如权利要求1所述的换热量可调控的低谷电加热熔盐蓄放热装置，其特征在于，所述控制装置为PLC控制器。
9.一种如权利要求1所述的换热量可调控的低谷电加热熔盐蓄放热装置的使用方法，其特征在于，包括：同时蓄放热阶段和放热阶段；
同时蓄放热阶段：低谷电时段，利用夜间低谷电，通过电加热装置对蓄热罐体内的熔盐进行加热，将电能转化为热能进行储存；控制装置根据第一热电偶检测的温度控制电加热装置的运行功率，保证热管式换热器处于安全运行温度；同时利用热管式换热器将熔盐热量传递给换热通道中的循环水，供给用户端；
放热阶段：非低谷电时段，熔盐最初温度较高，后随着放热时间增加熔盐温度不断下降，控制装置根据第一传感器组、第二传感器组检测的温度和流量控制第一流量控制阀门、第二流量控制阀门调节回路中循环水的流量与流速，实现换热量的调节，并供给用户端。
10.如权利要求9所述的换热量可调控的低谷电加热熔盐蓄放热装置的使用方法，其特征在于，在同时蓄放热阶段或放热阶段中，控制装置根据第二热电偶检测混水箱的温度，当混水箱的水温达到用户端需求时，控制装置关闭回水泵；在混水箱的水温不能达到用户端需求时，控制装置打开回水泵，进行熔盐与水换热。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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RJ01 Rejection of invention patent application after publication

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