CN108443943A - 一种新型相变蓄能系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种新型相变蓄能系统，包括供热循环系统、负载循环系统，供热循环系统与负载循环系统通过换热装置进行换热，供热循环系统中的电热锅炉、供热循环动力装置、相变蓄热热库、换热装置依次通过供热循环管路连接；分流管设置在供热循环管路上，并与换热装置并联；换热装置的出水管与分流管的连接处设置有分流调节器。该系统利用谷电进行蓄热及供热，在平电时灵活地进行补热，在峰电时单独由相变蓄热热库提供热量进行供热，充分利用了电网中谷电、峰电的电价政策，不仅实现了全天候供暖，而且也有利于电网削峰填谷，降低了供暖成本；另外该系统的管路及设备布局合理，整套系统的设备投入较低，安装方便，安全性较好，自动化程度较高。

Description

一种新型相变蓄能系统

技术领域

本发明属于相变蓄能领域，涉及一种新型相变蓄能系统。

背景技术

按照发改委要求，要在2017年底前完成全国95％以上存量居民合表用户改造，全面推行居民用电峰谷电价，要求尚未出台居民用电峰谷电价的地区在2015年底前出台政策，由居民用户选择执行。即全国各省市供电局将向工商业及普通居民在每天23点至第二天早晨7点时段提供5折优惠电价，以鼓励夜间电力消费，从而提高各地区电力供应部门的经济效益，优惠夜间电价在全国范围内逐步实施显然已成为大势所趋。

峰谷电价最大的受益方是电采暖，其运行成本由此大幅降低，整个采暖市场随之出现一个全新的局面。电采暖可靠，使用方便，经济，环保，能给住宅提供高质量的温度和舒适性。

目前已有的高温蓄热供暖都是显热蓄热材料依靠温度的变化来进行能量储存的，蓄放热是个变温过程，蓄热密度小，导致蓄热设备体积庞大，效率不高。

而相变蓄热供暖是利用材料在相态(固-液、固-固或液-气)变化时，吸收或放出大量潜热而进行的热量储存或释放，相变过程中材料的温度几乎保持不变。利用中低温相变材料在夜间将谷电储存在相变材料中，白天用于供暖。

中低温相变材料相变潜热大，和水蓄热相比，同样加热到85度，其有效焓值是同体积水的3～6倍，有效热量大部分集中在70～80度之间，非常适合采暖的蓄放热温度，稳定性和寿命长，储能单元可冲放热5000次以上，用于采暖可保证10年以上有效使用寿命，适应大、中、小型采暖用户。

申请号为201520920362.2的专利文件公开了一种谷电相变蓄热供暖系统，包括蓄热系统、供热系统和补水缓冲系统；蓄热系统包括依次相连构成回路的水泵、第一阀门、电锅炉、第二阀门、压力传感器、第一温度传感器、蓄热器、第三阀门、过滤器、第二温度传感器、流量计、第四阀门；供热系统包括依次相连构成回路的蓄热器、第三阀门、过滤器、第二温度传感器、流量计、第四阀门、水泵、第七阀门、第九阀门、暖气片、第十阀门、第八阀门、压力传感器、第一温度传感器；补水缓冲系统包括膨胀水箱、第五阀门、第六阀门；蓄热系统、供热系统、补水缓冲系统中是水介质。在该发明中，其管路及设备布局较为复杂，不便于整个系统及设备的安装；另外在对蓄热器进行蓄热过程中，整个系统不能提供供暖功能，即该系统不利于实现全天候供暖。

申请号为201620099721.7的专利文件公开了一种相变储能设备与双电锅炉联合供暖系统，其要点是：两个阀门、第一电锅炉和第一循环泵设置在第一上水管线上；它还有第二上水管线，第一和第二上水管线并联；相变储能设备和第二循环泵设置在第二上水管线上，所说的相变储能设备是第二电锅炉的给、出水口经过各自的三通与换热管构成内回路，换热管置于保温罐中，在保温罐里充满相变储能材料，在内回路设置内循环泵；两个三通的旁路分别作为相变储能设备的进水口和出水口接在第二上水管线上，在相变储能设备两侧的第二上水管线上各设一个阀门。在该使用新型中，为了解决全天候供暖问题，需设置两个电锅炉，在对蓄热器进行蓄热过程中，一个电锅炉对外部提供供暖，另一个电锅炉则需单独对蓄热器进行蓄热，这无疑增大了整个系统的管路及设备布局的复杂程度，同时也增大了设备的投入成本。

发明内容

本发明针对上述的问题，提供了一种相变蓄能系统

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为，

一种新型相变蓄能系统，包括供热循环系统、负载循环系统，供热循环系统与负载循环系统通过换热装置进行换热；其特征在于，供热循环系统包括电热锅炉、供热循环动力装置、相变蓄热热库、分流管，所述电热锅炉、供热循环动力装置、相变蓄热热库、换热装置依次通过供热循环管路连接；

所述分流管设置在供热循环管路上，并与换热装置并联；所述换热装置的出水管与分流管的连接处设置有分流调节器；

所述分流调节器为电动三通阀，分别与供热循环管路和分流管连通，用于调节流经分流管和流经换热装置的水流量；

所述供热循环动力装置包括至少两个以并联方式接入供热循环管路的泵组件；

所述相变蓄热供暖系统还包括中央处理器，存储器以及检测装置；

中央处理器分别与电热锅炉、热库、检测装置以及存储器相连接；

电热锅炉和热库分别连接有检测装置。

作为优选，所述供热循环系统中至少包括一个电热锅炉，任一个电热锅炉均与补水装置连接。

作为优选，所述相变蓄热热库在进水口处设置有热库进水阀，相变蓄热热库在出水口处设置有热库出水阀。

作为优选，供热循环系统还包括旁路管，所述旁路管设置在供热循环管路上，并与相变蓄热热库、热库进水阀、热库出水阀并联，旁路管上设置有旁路管阀门。

作为优选，在换热装置的出水口和分流调节器之间的供热循环管路上依次设置有供热回水温度检测装置、供热回水压力检测装置和流量计；在分流调节器和电热锅炉之间的供热循环管路上设置有混合水温度检测装置。

作为优选，供热循环动力装置的出水口处设置有热库进口压力检测装置、热库进水温度检测装置；在供热循环管路上，换热装置的进水口处设置有供热进水温度检测装置。

作为优选，所述相变蓄热热库中设置有热库内部温度检测装置，在供热循环动力装置上设置有电路检测装置。

作为优选，在负载循环系统中，换热装置的出水口处设置有负载出水温度检测装置，换热装置的进水口处设置有负载回水温度检测装置。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于，

1、本发明提出一种新型相变蓄能系统，利用谷电进行蓄热及供热，在平电时灵活地进行补热，在峰电时单独由相变蓄热热库提供热量进行供热，充分利用了电网中谷电、峰电的电价政策，不仅实现了全天候供暖，而且也有利于电网削峰填谷，同时降低了供暖成本；另外该系统的管路及设备布局合理，整套系统的设备投入较低，安装方便，安全性较好，自动化程度较高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明所述的一种新型相变蓄能系统的结构示意图。

图2是本发明所述的一种新型相变蓄能系统的另一种结构示意图。

图3是本发明所述的一种新型相变蓄能系统的供热循环系统及换热装置的结构示意图。

图4是本发明所述的一种新型相变蓄能系统的负载循环系统及换热装置的结构示意图。

图5是本发明所述的一种新型相变蓄能系统的结构框架图。

图6是本发明所述的一种新型相变蓄能系统的电热锅炉的控制方法的流程图。

图7是本发明所述的一种新型相变蓄能系统的电热锅炉另一种控制方法的流程图。

以上各图中，1、电热锅炉；2、供热循环动力装置；21、电路检测装置；3、相变蓄热热库；31、旁路管；32、热库进口压力检测装置；33、热库进水温度检测装置；34、热库内部温度检测装置；35、供热进水温度检测装置；36、热库进水阀；37、热库出水阀；38、旁路管阀门；4、分流管；5、分流调节器；51、混合水温度检测装置；6、流量计；7、补水装置；8、换热装置；81、供热回水温度检测装置；82、供热回水压力检测装置；83、负载出水温度检测装置；84、负载回水温度检测装置；9、负载循环动力装置；10、采暖装置。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。

实施例1

一种新型相变蓄能系统，包括供热循环系统、负载循环系统，供热循环系统与负载循环系统通过换热装置8进行换热；供热循环系统包括电热锅炉1、供热循环动力装置2、相变蓄热热库3、分流管4，所述电热锅炉1、供热循环动力装置2、相变蓄热热库3、换热装置8依次通过供热循环管路连接；分流管4设置在供热循环管路上，并与换热装置8并联；所述换热装置8的出水管与分流管4的连接处设置有分流调节器5。

其中，供热循环系统作为热源系统，通过换热装置8将热量传递到负载循环系统中，由负载循环系统向用户供暖。在负载循环系统内设置有负载循环管路，在负载循环管路上设置有负载循环动力装置9和用户的采暖装置10。

通常情况下，供热循环系统的供热循环管路内和负载循环系统的负载循环管路内，均由水介质来作为载热介质。

所述相变蓄热热库3内部设置有相变材料，相变材料通过相变蓄热热库3内的换热管与供热循环管路中的循环水进行换热，具体的，相变材料包括结晶水合盐、金属及合金类、石蜡类、非石蜡有机类、陶瓷基复合材料中的一种或多种。

所述供热循环动力装置2包括至少两个以并联方式接入供热循环管路的泵组件；

为了实现整个相变蓄热供暖系统的智能化运行及自动化控制过程，所述相变蓄热供暖系统还包括中央处理器，存储器以及检测装置；中央处理器分别与电热锅炉、热库、检测装置以及存储器相连接；电热锅炉和热库分别连接有检测装置。该结构使相变蓄热供暖系统具有较高的自动化程度。

另外，根据电网中谷电、平电和峰电的电价分布情况，该系统的基本工作状况为：

在谷电过程或者平电补热过程中，电热锅炉1对供热循环管路中的循环水进行加热，一方面，被加热的循环水通过换热装置8向负载循环系统供热；另一方面，由于分流管4和分流调节器5的设置，这使得电热锅炉1、变蓄热热库3与分流管4之间构成一个储能循环，部分被加热的循环水未流经换热装置8供热，而通过分流管4进行储能循环，为相变材料的储能过程提供一个较高热量的储能环境，从而实现相变材料通过与循环水换热并连续地进行储能的过程。

在峰电过程或者平电非补热过程中，关闭电热锅炉1，通过相变蓄热热库3中相变材料存储的能量对循环水进行加热，从而实现供热循环系统向负载循环系统的供热，达到了全天侯供暖；同时，由于分流管4和分流调节器5的设置，便于控制流经换热装置8的水流量，即在使用相变蓄热热库3供热的过程中，便于控制供热循环系统向负载循环系统提供的热量值，平稳地为负载循环系统供热，确保供给用户的暖气维持在一个较为稳定的温度范围。

在该系统中，充分利用了电网中谷电、峰电的电价政策，不仅实现了全天候供暖，而且也有利于电网削峰填谷，同时降低了供暖成本。

实施例2

所述供热循环动力装置2具有多级输出动力，设置在电热锅炉1和相变蓄热热库3之间，供热循环动力装置2包括至少两个以并联方式接入供热循环管路的泵组件。该结构通过设置具有多级输出动力的供热循环动力装置2，可根据不同电价时段以及外部温度情况，来调节供热循环动力装置2输出的总动力，提供与系统需求相匹配的循环动力，不仅有利于降低供暖系统的运行成本，而且在电热锅炉1加热的过程中，防止了因循环不及时，热量在电热锅炉1积攒导致爆锅情况的发生。

同时，在对供热循环动力装置2中任一个泵组件进行维修时，为了确保系统的运行，在供热循环动力装置2的任一个泵组件的进水口和出水口处均设置有阀门。

所述供热循环系统中至少包括一个电热锅炉1，任一个电热锅炉1均与补水装置7连接，以便于向供热循环系统中补水。

所述相变蓄热热库3在进水口处设置有热库进水阀36，相变蓄热热库3在出水口处设置有热库出水阀37。供热循环系统还包括旁路管31，所述旁路管31设置在供热循环管路上，并与相变蓄热热库3、热库进水阀36、热库出水阀37并联，旁路管31上设置有旁路管阀门38。该旁路管31及相关结构的设置，确保了在对相变蓄热热库3维修时，供暖系统可以正常运行。

供热循环系统还包括分流管4，所述分流管4设置在供热循环管路上，并与换热装置8并联。所述换热装置8的出水口与分流管4的连接处设置有分流调节器5，所述分流调节器5分别于供热循环管路和分流管4连通，用于调节流经分流管4和流经换热装置8的水流量。分流管4的设置，不仅有利于控制供热循环系统通过换热装置8向负载循环系统供给的热量，而且确保相变蓄热热库3在电价高峰时段可以平稳地为负载循环系统供热。而分流调节器5具体为电动三通阀，这使得在分流管4和换热装置8的出口处不必分别单独设置调节阀，减少了整个系统的组件数量，便于调控供热循环管路在分流管4和换热装置8处的流量分配，同时在电热锅炉1加热的过程中，通过调节分流调节器5，增大经过过换热装置8的循环水流量，也在一定程度上防止了电热锅炉爆锅情况的发生。

在本实施例中，该系统的管路及设备布局合理，结构简洁明了，整套系统的设备投入较低，安装方便，同时也增强了整套系统的安全性能。

实施例3

为了实现整套系统的智能化调控，需要在所述系统中设置多个检测装置，具体为：

在换热装置8的出水口和分流调节器5之间的供热循环管路上依次设置有供热回水温度检测装置81、供热回水压力检测装置82和流量计6，用于测定供热循环系统中，经过换热装置8换热后的循环水温度、压力以及流量；

在分流调节器5和电热锅炉1之间的供热循环管路上设置有混合水温度检测装置51，用于测定经过换热装置8换热后的循环水和经过分流管4的循环水混合后的混合水温度；

供热循环动力装置2的出水口处设置有热库进口压力检测装置32、热库进水温度检测装置33，用于测定经供热循环动力装置2泵出的水的压力、温度；

在供热循环管路上，换热装置8的进水口处设置有供热进水温度检测装置35，用于测定供热循环系统中，经过换热装置8换热前的循环水温度；

所述相变蓄热热库3中设置有热库内部温度检测装置34，用于测定相变蓄热热库3的内部温度；

在供热循环动力装置2上设置有电路检测装置21，用于测定为供热循环动力装置2供电的电路信息；

在负载循环系统上，换热装置8的出水口处设置有负载出水温度检测装置83，用于测定在负载循环系统中，经过换热装置8换热后的循环水温度；

换热装置8的进水口处设置有负载回水温度检测装置84，用于测定在负载循环系统中，经过换热装置8换热前的循环水温度。

由于在该系统中，整个谷电过程中，电热锅炉1开启，整个系统全部由电热锅炉1提供热量，同时电热锅炉1还对相变蓄热热库3进行储能；而在整个峰电过程中，电热锅炉1关闭，整个系统全部由相变蓄热热库3提供热量。故此，由于外部供暖环境的不同，为了避免在峰电过程中相变蓄热热库3所提供的热量不足，同时进一步确保该系统能够提供全天候的供暖功能，就需要制定一个平电时的智能化补热过程。

所述平电时智能化补热过程即通过预估剩余热量是否能满足使用来控制锅炉起停，从而对整个供暖系统进行补热。所述补热过程包括以下内容：

所述相变蓄热供暖系统还包括中央处理器，存储器以及检测装置；中央处理器分别与电热锅炉、热库、检测装置以及存储器相连接；电热锅炉和热库分别连接有检测装置。所述检测装置可以是用于检测温度的温度计，用于检测流量的流量计或流量表。所述检测装置还可以是用于检测锅炉放热多少的热量表。

根据热量表检测锅炉放出多少热量，由此可知锅炉剩余多少热量，一天当中，可以设定早晨锅炉处于充满或接近充满的状态，根据热量表放出多少热量，基本上就可以计算得知还剩下多少热量，我们基本上可以根据当前的温度情况还有我们原有的消耗的经验数据还有热量表前面消耗的功率数据来计算我当前时间计算剩下还需要多少热量，剩余的和还需要的热量比，就知道够还是不够，当前温度是指室外环境温度，结合时间以前的经验数据，热量表的功率参数，计算差值，室外环境温度完全是动态的数据可以通过温度计测得。例如，现在是下午1点，进行预估到晚上11点还需要6万兆焦的热量，但是现在只剩下5万兆焦的热量了，所以使用的策略为在下午3-4点的平电时段，我给锅炉充电进行热量补充，预估开一个泵开两个电锅炉把剩余热量补上，加入新的热量后能用到晚上11点，完全的动态，预估还需要多少热量。现在媒用锅炉或者普通的电锅炉，都是人为来控制的，靠经验，看末端温度够不够。所述控制方法为24小时实时监控，自动选择补偿策略，在便宜时段来进行热量补偿，由环境温度进行综合计算有一个公式。

具体的流程如下：

S1：在谷电的时间通过电热锅炉对热库进行蓄热，在峰电的时间热库进行放热，计算电热锅炉的剩余热量Qs，转S2；

S2：预估当前时间到谷电开始时间所需要的热量Qx，转S3；

S3：判断Qs是否小于Qx，判断结果为是，转S4，判断结果为否，转S1；

S4：立即启动电热锅炉对热库进行储能或者在低电价时间段对热库进行储能。

其中，Qx＝a*Q2*(T*60-t)/T*60；

Qs＝Q0+E1-Q1；

a：温度系数，根据当天室外最低温度得到；T为白天理论上单独使用热库的供暖时间；

T1：热库进水温度；T2：热库出水温度；T3：板换一次回水温度；T4：混合水温度；V1：热量表瞬时流量；V2：总管道流量；E1：热库充热热值；Q0：热库到谷电结束时候的热量；Q1：从谷电结束到当前消耗的热量；Q2：从谷电结束到下一个谷电开始理论所需要的热量；Qs：计算的热库剩余热量；Qx：当前时间到谷电开始时间所需要的热量；Qf：充热停止阀值；a：温度系数，根据当天室外最低温度得到；t：从早上七点到当前时间的分钟值。在这个实施例中，T的单位是小时，根据现有的电价正常，优选的，选取晚上23点至第二天早晨7点，作为谷电时间，为热库储能蓄热，热库白天供热时间为16小时，T为16。

V2＝V1*(T2-T3)/(T2-T4)；当T1>T2时，E1＝∑V2(T1-T2)。

在这个实施例中，优选的，步骤S5中，当Qs-Qx大于Qf，停止运转电热锅炉，热库蓄热结束。

所述的低电价时间段对热库进行储能的具体方法如下：

S6:将当前时间之后的所有的平价时段按照电价从低到高进行排序后作为一个指针队列，将指针头指向电价最低的那个数据；根据最低电价找出对应的时间段，转S7；

S7：根据当前时间、室外温度、以及热量表的功率参数预估到电价最低的时间段还需要多少热量Q4，转S8；

S8：判断Q2是否大于Q4，判断结果为是，转S9，判断结果为否，将队列的指针头移向下一个电价最低的那个数据作为最低电价，根据最低电价找出对应的时间段，转S6；

S9：电价最低的时间段里启动电热锅炉对热库进行储能蓄热。

与现有技术相比，本发明提出一种新型相变蓄能系统，利用谷电进行蓄热及供热，在平电时灵活地进行补热，在峰电时单独由相变蓄热热库提供热量进行供热，充分利用了电网中谷电、峰电的电价政策，不仅实现了全天候供暖，而且也有利于电网削峰填谷，同时降低了供暖成本；另外该系统的管路及设备布局合理，整套系统的设备投入较低，安装方便，安全性较好，自动化程度较高。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.一种新型相变蓄能系统，包括供热循环系统、负载循环系统，供热循环系统与负载循环系统通过换热装置进行换热；其特征在于，供热循环系统包括电热锅炉、供热循环动力装置、相变蓄热热库、分流管，所述电热锅炉、供热循环动力装置、相变蓄热热库、换热装置依次通过供热循环管路连接；

所述分流管设置在供热循环管路上，并与换热装置并联；所述换热装置的出水管与分流管的连接处设置有分流调节器；

所述分流调节器为电动三通阀，分别与供热循环管路和分流管连通，用于调节流经分流管和流经换热装置的水流量；

所述供热循环动力装置包括至少两个以并联方式接入供热循环管路的泵组件；

所述相变蓄热供暖系统还包括中央处理器，存储器以及检测装置；

中央处理器分别与电热锅炉、热库、检测装置以及存储器相连接；

电热锅炉和热库分别连接有检测装置。

2.根据权利要求1所述的一种新型相变蓄能系统，其特征在于，所述供热循环系统中至少包括一个电热锅炉，任一个电热锅炉均与补水装置连接。

3.根据权利要求1所述的一种新型相变蓄能系统，其特征在于，所述相变蓄热热库在进水口处设置有热库进水阀，相变蓄热热库在出水口处设置有热库出水阀。

4.根据权利要求3所述的一种新型相变蓄能系统，其特征在于，供热循环系统还包括旁路管，所述旁路管设置在供热循环管路上，并与相变蓄热热库、热库进水阀、热库出水阀并联，旁路管上设置有旁路管阀门。

5.根据权利要求1所述的一种新型相变蓄能系统，其特征在于，在换热装置的出水口和分流调节器之间的供热循环管路上依次设置有供热回水温度检测装置、供热回水压力检测装置和流量计；在分流调节器和电热锅炉之间的供热循环管路上设置有混合水温度检测装置。

6.根据权利要求1所述的一种新型相变蓄能系统，其特征在于，供热循环动力装置的出水口处设置有热库进口压力检测装置、热库进水温度检测装置；在供热循环管路上，换热装置的进水口处设置有供热进水温度检测装置。

7.根据权利要求1所述的一种新型相变蓄能系统，其特征在于，所述相变蓄热热库中设置有热库内部温度检测装置，在供热循环动力装置上设置有电路检测装置。

8.根据权利要求1所述的一种新型相变蓄能系统，其特征在于，在负载循环系统中，换热装置的出水口处设置有负载出水温度检测装置，换热装置的进水口处设置有负载回水温度检测装置。