CN108267039A - 一种用于温室的高温相变储能装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

一种用于温室的高温相变储能装置，包括一为温室提供热量供给的内循环换热器，其带有负载循环水的进、出水口；还配有调控系统；配设储能用无压一体结构装置，其外壳带有保温层；该储能用无压一体结构装置中排布有若干组储能单元，并留有通风道；所述的储能单元中封装有相变材料且排布电加热部件，该电加热部件采用电阻棒或电阻丝；所述内循环换热器通过气流经管道与所述储能用无压一体结构装置内的通风道连通，在气流经管道中设有一组循环风机用以实现储能单元装置内相变材料的蓄放热，该组循环风机中至少包括设在储能用无压一体结构装置进口前的一台风机和设在储能用无压一体结构装置出口后的一台风机。

Description

一种用于温室的高温相变储能装置及使用方法

技术领域

本发明涉及一种节能技术，尤其涉及一种高温相变储能装置及使用方法。

背景技术

温室是设施农业生产中必不可少的设施，其主要用途是在非栽培季节生产农产品。由于冬季较低的气温会对温室大棚内的作物造成不利的影响，所以有效的增温、保温成为保证温室大棚在冬季优质高效生产的重要技术。相变储能材料是近些年开发的一种新材料，是利用某些物质在特定温度下通过相变来吸收或释放能量。按照能量互补循环利用机制，合理配比相变储热材料的混合比例，通过谷区电力对相变材料加热，形成能量循环利用的过程。相变储能装置占地面积小，大大节约了用地空间。以相变储能材料为基础的高温相变储能供热装置由于具有储能密度大和释热温度比较恒定的特点而成为热能贮存及供给的重要方式，广泛应用于电力调峰、工业节能以及其他高新技术和产品的开发，但在农业方面的应用还较为罕见。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种用于温室的高温相变储能装置，利用其可储存热量，以备随时供温室使用。

为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：

一种用于温室的高温相变储能装置，包括一为温室提供热量供给的内循环换热器，该内循环换热器带有负载循环水的进水口和出水口；还配设有一调控系统；

配设一储能用无压一体结构装置，其外壳带有保温层；该储能用无压一体结构装置中排布有若干组储能单元，并留有通风道；所述的储能单元中封装有相变材料且排布电加热部件，该电加热部件采用电阻棒或电阻丝；

所述内循环换热器通过气流经管道与所述储能用无压一体结构装置内的通风道连通，在气流经管道中设有一组循环风机用以实现储能单元装置内相变材料的蓄放热，该组循环风机中至少包括设在储能用无压一体结构装置进口前的一台风机和设在储能用无压一体结构装置出口后的一台风机。

所述用于温室的高温相变储能装置中，所述储能单元的封装管截面呈方形；每组储能单元由同尺寸大小的单体方形封装管并行排列组成，或为一整条来回弯折盘设的方形封装管。

所述储能单元为方形的环形封装管，每组储能单元中由同尺寸大小的封装管排列组成。

所述用于温室的高温相变储能装置中，还至少具有如下特征之一：

1)所述的电加热部件采用电阻丝，放置于相变材料中；

2)所述外壳带有的保温层为纳米级保护层。

所述用于温室的高温相变储能装置中，所述的储能用无压一体结构装置呈方筒状，所有储能单元组合在该无压的一体化结构内。

所述用于温室的高温相变储能装置中，所述的高温相变材料为铝硅合金。

所述用于温室的高温相变储能装置中，所述的调控系统由管理平台、自动控制器、一组温度传感器和控制柜组成，所述的自动控制器安置于控制柜中；所述的一组传感器可分别设置于储能用无压一体结构装置内、气流经管道中和/或内循环换热器中；工作时，采集传感器监测的数值，经管理平台的中心电脑分析处理后，将指令传输给自动控制器，对该高温相变储能装置进行运行控制。

所述用于温室的高温相变储能装置中，所述调控系统对于输出温度的稳定性采用多种方式控制，包括进回水温差、出水恒定温度、输出总热量的测定和负载温度波动平衡值，精度控制在1℃区间内。

本发明的再一目的是提供一种上述的高温相变储能装置的用途。

为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：

一种如上述高温相变储能装置的用途，用于温室的增温和保温；首先，在低谷电时段，把电能转变成热能后，利用所述的相变材料进行蓄热，使其在相变时吸收大量的潜热并保持温度恒定不变而在所述的储能单元内储存起来；在温室需要热量供给时，该高温相变储能装置按照预先设定的程序，按照预设的温度，由循环风机提供循环高温空气，通过内循环换热器对负载循环水进行热交换，再由高效集成式水泵机组将热水释放的潜热提供至散热器；如此往复；由温度传感器实时监测以启动所述的调控系统对进回水的温差、出水恒定温度进行调控。

所述高温相变储能装置的用途中，由调控系统依据采集的温度传感器数据，经管理平台的中心电脑分析后输出总热量测定值和负载温度波动平衡值，与预设的供热量值进行比对，以发出相应指令给所述的自动控制器对该高温相变储能装置进行调控。

本发明可利用低谷电蓄热，储存热量后可备随时使用，这不仅有利于缓解电力的峰谷差，有效降低燃煤污染，还可在实行峰谷电价分级的地区节约运行成本。

本发明的优点是：其实现了相变储能技术在设施农业中的应用，不但可改变冬季温室加温普遍采用煤、电设备导致的成本高、易污染和费工费时等弊端，而且省工省钱、环保节能；高温相变储能装置采用铝硅合金作为相变储能材料，比热容高、储热能力强、长期性能稳定、无毒无害，无任何污染，同时大大减少了整机占地面积，体积约是一般水储热电锅炉水箱体积的1/7，大大减少了散热面积，提高了整体效率。高温相变储能装置将加热、储能、取热、换热及控制功能组合在一台无压的一体化结构内，装置整体热效率高达95％以上。在具有众多人口且地大物博的中国，温室已占据了中国设施农业产业中的重要位置，对温室环境的改善无疑会产生巨大的社会效益。

附图说明

图1为本发明用于温室的高温相变储能装置结构示意图。

图2为图1中的A-A剖面示意图。

图中：1-内循环换热器；11-进水口；12-出水口；2-储能用无压一体结构装置；20-储能单元；21-电加热部件；22-高温相变材料；3-通风道；4-气流经管道；41-风机。

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明。

具体实施方式

参阅图1和图2所示，本发明用于温室的高温相变储能装置主要包括一内循环换热器1和一储能用无压一体结构装置2；两者通过气流经管道4连通；还配设有一对该装置的工作状态实施电控的调控系统。

所述的内循环换热器1用于直接的供给温室热量，该内循环换热器带有负载循环水的进水口11和出水口12。

在所述气流经管道4中设有一组循环风机用以实现储能单元装置内相变材料的蓄放热，图1所示实施例中，是在储能用无压一体结构装置进口前和出口后各设一台风机41，且两者排风向相同，以可以形成循环风。

所述的储能用无压一体结构装置2是本发明的主功能装置，其外壳带有保温层，纳米级保护层为佳；该储能用无压一体结构装置中排布有若干组储能单元20，并留有通风道3。

为了达到多储能的目的，对所述储能单元21可以做多种设计：可以设计为一组或多组的圆或方形的环形封装管，每组储能单元中由同尺寸大小的环形封装管排列组成；或为一整条来回弯折盘设的方形封装管。

在本发明装置中，所述电加热部件采用电加热的电阻丝为佳，可以方便布设，且可以大范围的均匀排布。

所述高温相变材料为铝硅合金。铝硅相变储能材料有储能密度大、储热温度高、热稳定性好、导热系数好、相变时过冷度小、相偏析小、性价比良好等特点,在高温相变储能的应用中具有极大的优势。

所述的储能单元通过气流经管道释放的潜热来实现相变材料的蓄放热，进而实现整个装置的蓄放热。

本发明用于温室的高温相变储能装置的壳体及环形封装管的制作材料均选用不锈钢。

由电阻丝将电能转换为热能后，通过热交换将热能存储于高温相变材料内。温度可从常温直达到700℃以上。纳米级保护层为高能绝缘体，使高温相变材料与外界环境达到热绝热。高温相变材料温度为800℃时，纳米级保护层表面温度只有几十度。在温室需要热量供给时，设备可按照预先设定的程序，按照已设的温度和供热量，由耐高温循环风机提供的循环高温空气，通过紫铜内循环换热器对负载循环水进行热交换，由高效集成式水泵机组将热水提供至风机盘管。输出温度的稳定性采用多种方式控制，如进回水温差、出水恒定温度、输出总热量测定、负载温度波动平衡值等。以上通过传感器监测的数值经中央电脑处理后，将指令传输给自动控制器，对设备进行全自动无极化精确运行控制，精度控制在1℃区间内。

通电加热时间及加热温度可根据负载和温室实际需求任意设定，高温相变储能装置会根据设定值完全无人自动化运行。在电力处于需求波谷时期，利用电能通过电阻丝对放于装置内的储能单元进行加热，此时储能单元内封装的高温相变材料发生相变，将吸收的大量热量储存起来，实现蓄热过程。当电力处于需求波峰时而又需要热能时，储能单元中的高温相变材料开始降温，并放出大量储存的热量实现相变装置放热过程。释放的热量，由通过环形封装管的换热介质所吸收，通过介质循环系统，循环至末端设备如风机盘管等加以利用。高温相变储能装置原理图如图2所示。

本发明电热相变储能装置是将储能单元中高温相变材料的相变潜热及温升显热储存起来,等到需要时再利用载热介质将其释放出来的一种节能型装置，主要创新点在于实现了相变储能技术在设施农业中的应用，不但可改变冬季温室加温普遍采用煤、电设备成本高、易污染、费工费时等弊端，而且省工省钱、环保节能。

上述各实施例可在不脱离本发明的范围下加以若干变化，故以上的说明所包含及附图中所示的结构应视为例示性，而非用以限制本申请专利的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于温室的高温相变储能装置，包括一为温室提供热量供给的内循环换热器，该内循环换热器带有负载循环水的进水口和出水口；还配设有一调控系统；其特征在于：

配设一储能用无压一体结构装置，其外壳带有保温层；该储能用无压一体结构装置中排布有若干组储能单元，并留有通风道；所述的储能单元中封装有相变材料且排布电加热部件，该电加热部件采用电阻棒或电阻丝；

所述内循环换热器通过气流经管道与所述储能用无压一体结构装置内的通风道连通，在气流经管道中设有一组循环风机用以实现储能单元装置内相变材料的蓄放热，该组循环风机中至少包括设在储能用无压一体结构装置进口前的一台风机和设在储能用无压一体结构装置出口后的一台风机。

2.根据权利要求1所述的用于温室的高温相变储能装置，其特征在于：所述储能单元的封装管截面呈方形；每组储能单元由同尺寸大小的单体方形封装管并行排列组成，或为一整条来回弯折盘设的方形封装管。

3.根据权利要求1所述的用于温室的高温相变储能装置，其特征在于还至少具有如下特征之一：

1)所述的电加热部件采用电阻丝，置于相变材料中；

2)所述外壳带有的保温层为纳米级保护层。

4.根据权利要求3所述的用于温室的高温相变储能装置，其特征在于：所述的电阻丝置于相变材料中间，使相变材料均匀受热。

5.根据权利要求1所述的用于温室的高温相变储能装置，其特征在于：所述的储能用无压一体结构装置呈圆筒或方筒状，所有储能单元组合在该无压的一体化结构内。

6.根据权利要求1所述的用于温室的高温相变储能装置，其特征在于：所述的高温相变材料为铝硅合金。

7.根据权利要求1所述的用于温室的高温相变储能装置，其特征在于：所述的调控系统由管理平台、自动控制器、一组温度传感器和控制柜组成，所述的自动控制器安置于控制柜中；所述的一组传感器可分别设置于储能用无压一体结构装置内、气流经管道中和/或内循环换热器中；工作时，采集传感器监测的数值，经管理平台的中心电脑分析处理后，将指令传输给自动控制器，对该高温相变储能装置进行运行控制。

8.根据权利要求7所述的用于温室的高温相变储能装置，其特征在于：所述调控系统对于输出温度的稳定性采用多种方式控制，包括进回水温差、出水恒定温度、输出总热量的测定和负载温度波动平衡值，精度控制在1℃区间内。

9.一种如权利要求1至7中任一项所述高温相变储能装置的使用方法，其特征在于：用于温室的增温和保温；首先，在低谷电时段，把电能转变成热能后，利用所述的相变材料进行蓄热，使其在相变时吸收大量的潜热并保持温度恒定不变而在所述的储能单元内储存起来；在温室需要热量供给时，该高温相变储能装置按照预先设定的程序，按照预设的温度，由循环风机提供循环高温空气，通过内循环换热器对负载循环水进行热交换，再由高效集成式水泵机组将热水释放的潜热提供至散热器；如此往复；由温度传感器实时监测以启动所述的调控系统对进回水的温差、出水恒定温度进行调控。

10.如权利要求9所述高温相变储能装置的使用方法，其特征在于：由调控系统依据采集的温度传感器数据，经管理平台的中心电脑分析后输出总热量测定值和负载温度波动平衡值，与预设的供热量值进行比对，以发出相应指令给所述的自动控制器对该高温相变储能装置进行调控。