CN110043941A - 集中式相变蓄热及空气源热泵联合供暖系统 - Google Patents
集中式相变蓄热及空气源热泵联合供暖系统 Download PDFInfo
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Abstract
集中式相变蓄热及空气源热泵联合供暖系统,电锅炉通过相变换热水循环泵与相变蓄热水箱的加热水进口连接,相变蓄热水箱的供热水出口通过相变换热水供热循环泵与板式换热器第一流道的进水口连接,板式换热器第一流道的出水口与相变蓄热箱的供热水进口连接,板式换热器的第二流道的进水口与尾水集水器连接,空气源热泵热水出口与供暖集水器连接,供暖集水器上还设置有供暖管路与供暖用户连接。本发明提供了一种集中式相变蓄热及空气源热泵联合供暖系统,使用空气源热泵作为补充供暖热源,其供暖负荷弹性大,可以满足不同供暖负荷情况下的供暖需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种供暖系统,特别是一种集中式相变蓄热及空气源热泵联合供暖系统,属于供暖系统技术领域。
背景技术
目前我国大部份地区都实行了峰谷电价政策,即工商业及普通居民在每天23点至第二天早7点时段为5折优惠电价时段,相变蓄热供暖可以利用谷电时期储存热能并在峰电时段释放热能,从而降低峰电时的供暖电能消耗,不仅使用方便经济,而且符合国家的节能政策,是一种亟待发展的供暖方式。相变蓄热供暖是利用材料在相态固-液或液-气变化时,能够吸收或放出大量潜热的特征而进行的热量储存或释放,相比与传统的变温储热过程,采,它具有成本低、相变潜热大、相变温度范围较宽等优点,蓄热装置单位体积蓄热量大,蓄热设备体积小,节省设备占用空间,而且蓄热装置寿命长,其寿命不低于20年,可以减少电力建设投资,降低发电资源消耗,减少二氧化碳、燃煤烟尘等有害物质的排放。目前常用的谷电相变蓄热供暖的基本构成包括回流泵、电加热锅炉、蓄热箱、供暖换热片及控制装置,蓄热箱内设置盐柱,盐柱内充有相变蓄热材料,夜间使用谷电通过电加热锅炉将水加热后通入蓄热箱循环,蓄热箱内温度达到相变蓄热材料的相变温度后相变蓄热材料由固态相变为液态,其间吸收热量,白天则停止电加热,利用相变蓄热材料中蓄存的热量加热蓄热箱中的水进行供暖。这种供暖系统供暖加热方式单一,集中式供热系统的用户数量及供热负荷是动态变化的,随着用户的增加或供热负荷的增大,需要更高的热能供给,当供热负荷超出设计能力或环境温度过低造成供热负荷增大时,单一的相变供暖方式将无法满足供热需求。而且目前相变蓄热箱内所用盐柱内部填充的相变材料的热传导率很低,在工作时盐柱靠近中心的相变材料需要很长时间才能达到工作温度,而且盐柱由于常时间工作于高温状态下,相变材料在相变时体积也会发生变化,如果盐柱封盖不严或盐柱本体因热水或相变材料腐蚀发生泄露,整体处于密封状态的系统无法及时发现盐柱泄露,而相变材料多是无机盐类或有机盐,其中很多种类都会对相变蓄热系统内的管路及泵等设备造成腐蚀,盐柱泄露将对整个系统的使用寿命造成很大影响。现有技术中换热箱及盐柱的结构影响了换热箱的整体换热效率,增加了换热水的循环次数,并且盐柱泄露时不易及时发现,由于现有技术中这些问题的存在,导致目前的相变蓄热供暖系统的供暖不稳定、维护难度高,影响了相变蓄热供暖系统的在民用供暖领域的推广。
发明内容
本发明的目的在于,提供一种集中式相变蓄热及空气源热泵联合供暖系统,使用空气源热泵作为补充供暖热源,其供暖负荷弹性大,可以满足不同供暖负荷情况下的供暖需求,并且供暖系统热效率高,相变蓄热箱的维护简便,适合大面积推广应用。
为实现以上目的,本发明采用的技术方案为:集中式相变蓄热及空气源热泵联合供暖系统,所述集中式相变蓄热及空气源热泵联合供暖系统包括电锅炉、相变蓄热水箱、相变换热水供热循环泵、相变换热水循环泵、板式换热器、供暖集水器、尾水集水器、空气源热泵机组以及连接管路,所述相变蓄热水箱包括箱体及多根设置在箱体内的盐柱,相变蓄热水箱的箱体上设置有加热水进口、加热水出口、供热水出口及供热水进口,所述盐柱包括盐柱侧壁、下壁及顶盖,盐柱内部充设有相变蓄热材料,所述盐柱内部设置有多根热虹吸管,多根热虹吸管竖直设置并且穿设在相变蓄热材料内部,多根热虹吸管的下端伸出盐柱的下壁,多根热虹吸管下端伸出盐柱的部份相互连接为一体,构成液态工质储存室,液态工质储存室内部充设有液态工质,热虹吸管及液态工质储存室内部为真空状态;所述板式换热器设置有第一流道和第二流道,电锅炉通过相变换热水循环泵与相变蓄热水箱的加热水进口连接,换热后的水从相变蓄热水箱上的加热水出口回流至电锅炉,相变蓄热水箱的供热水出口通过相变换热水供热循环泵与板式换热器第一流道的进水口连接,板式换热器第一流道的出水口与相变蓄热箱的供热水进口连接,板式换热器的第二流道的进水口与尾水集水器连接;板式换热器的第二流道的出水口与供暖集水器连接;所述空气源热泵机组上设置有空气源热泵热水出口及空气源热泵尾水进口,空气源热泵热水出口与供暖集水器连接,供暖集水器上还设置有供暖管路与供暖用户连接;空气源热泵尾水进口与尾水集水器连接,尾水集水器上还设置有管路通过供暖用户循环泵与供暖用户的供暖尾水管路连接;进一步的,所述相变蓄热水箱的箱盖上设置有观察口,所述盐柱的顶盖设置有贯通顶盖的导柱孔,盐柱内部滑动设置有挡板,挡板与盐柱侧壁之间设置有滑动密封件,挡板上设置有竖直向上的导柱,导柱上端穿过导柱孔穿设到盐柱外部,所述挡板与盐柱顶盖之间设置有压力弹簧,所述压力弹簧套设在导柱上,压力弹簧的上端压设在盐柱顶盖上,压力弹簧的下端压设在挡板上,盐柱侧壁上开设有相变蓄热材料充装口,相变蓄热材料充装口位于挡板的下方;进一步的,所述集中式相变蓄热及空气源热泵联合供暖系统还包括补水塔以及补水泵,补水塔的补水进口与水源连接,相变蓄热水箱通过蓄热水箱补水电磁阀与补水塔连接,所述相变蓄热水箱内设置有相变供热水液位传感器,所述相变供热水液位传感器与蓄热水箱补水电磁阀电性连接;补水塔通过补水泵与供暖尾水管路连接;进一步的,供暖用户的供暖尾水管道上设置有尾水温度传感器,尾水温度传感器与供暖支路电动调节阀电性连接,供暖尾水管道上设置有供暖循环支路,所述供暖循环支路通过供暖支路电动调节阀与供暖管路连接。
本发明的积极有益技术效果在于:本发明采用空气源热泵作为相变供暖系统的补充热源,可以有效提高整个供热系统的供暖能力,增强应对不同供暖负荷及环境温度的需求,特别适合在温差变化大、环境温度低的地区使用,可以有效保证供暖效果。本发明的盐柱内部设置了热虹吸管,通过热虹吸管内部的液态工质将热量带至盐柱内部,实现了盐柱内部相变蓄热材料的均匀加热,加速了热量循环的速度,提高了换热效率,在盐柱顶端设置活动的导柱,盐柱发生泄露时导柱回缩至盐柱内,可以直观的发现泄露的盐柱,本发明由于增强了盐柱内换热效率,并且通过改变换热箱结构增加了整个系统的换热效率,降低了能耗,保证了供热量,并且通过盐柱泄露检查装置提高了整个系统的运行可靠性,不需要专业人员定期维护,利于在民用供暖系统中大面积推广。
附图说明
图1为本发明一个实施例的系统示意图。
图2为本发明一个实施例相变蓄热水箱的结构示意图。
图3为本发明一个实施例盐柱的结构示意图。
图4为本发明一个实施例盐柱防泄露结构的示意图。
具体实施方式
为了更充分的解释本发明的实施,以下提供本发明的实施实例,这些实施实例仅仅是对本发明的阐述,不限制本发明的范围。
结合附图对本发明进一步详细的解释,附图中标记为:
1. 电锅炉;2. 相变换热水循环泵;3. 加热水出口;4. 供热水进口;5. 加热水进口;6. 相变蓄热水箱7. 相变蓄热水箱补水进口;8. 供热水出口;9. 相变换热水供热循环泵;10. 板式换热器;11. 第一流道;12. 第二流道;13. 供暖集水器;14. 供暖管路;15. 空气源热泵机组;16. 供暖尾水管路;17. 尾水集水器;18. 水源19. 补水泵;20. 补水塔;21.供暖用户循环泵; 22. 蓄热水箱补水电磁阀;23供暖支路电动调节阀;24. 供暖支路循环支路; 2-1. 相变蓄热水箱箱体;2-2. 盐柱; 2-4. 固定孔板;2-8. 液态工质储存室;2-9.导柱;2-10. 观察口;4-1. 盐柱顶盖;4-2. 挡板;4-3. 相变蓄热材料充装口; 4-4. 热虹吸管;4-5. 相变材料充装室;5-1. 压力弹簧。
如图所示:集中式相变蓄热及空气源热泵联合供暖系统,所述集中式相变蓄热及空气源热泵联合供暖系统包括电锅炉1、相变蓄热水箱6、相变换热水供热循环泵9、相变换热水循环泵2、板式换热器10、供暖集水器13、尾水集水器17、空气源热泵机组15以及连接管路,板式换热器内设置有第一流道11和第二流道12,相变蓄热水箱上设置有加热水进口5、加热水出口3、供热水出口8及供热水进口4,在谷电时段,电锅炉及相变换热水循环泵启动,相变蓄热水箱开始蓄能工作,换热水在电锅炉内加热后由相变换热水循环泵通过加热水进口泵入相变蓄热水箱,换热后的水从相变蓄热水箱上的加热水出口回流至电锅炉;相变蓄热水箱的供热水出口通过相变换热水供热循环泵与板式换热器第一流道11的进水口连接,板式换热器第一流道的出水口与相变蓄热箱的供热水进口连接,板式换热器的第二流道12的进水口与尾水集水器连接;板式换热器的第二流道的出水口与供暖集水器13连接;相变蓄热水箱内的热水通过板式换热器与尾水集水器内的供热水换热后通过相变蓄热水箱上的供热水进口回流至相变蓄热水箱,完成一次蓄热供热循环;空气源热泵机组上设置有空气源热泵热水出口及空气源热泵尾水进口,空气源热泵热水出口与供暖集水器连接,当热负荷超出蓄热供热系统的供热能力时,空气源热泵机组启动,产生热水进入供暖集水器,与板式换热器第二流道通入的热水共同通过供暖管路14送往供暖用户,空气源热泵尾水进口与尾水集水器连接,尾水集水器中的水主要来自通过供暖用户循环泵21及供暖尾水管路16送入的换热后的尾水,尾水集水器与空气源热泵机组及板式换热器分别连接,尾水循环供热;本发明还设置有补水塔20以及补水泵19,补水塔的补水进口与水源18连接,相变蓄热水箱上设置有相变蓄热水箱补水进口7,通过蓄热水箱补水电磁阀22与补水塔连接,相变蓄热水箱内设置有相变供热水液位传感器,相变供热水液位传感器与蓄热水箱补水电磁阀电性连接,当相变蓄热箱内水位变低时,相变供热水液位传感器发信号给补水电磁阀,补水电磁阀导通开始向相变蓄热箱内补水,补水塔还通过补水泵及供暖尾水管路与尾水集水器连热闹,在用户供暖用水缺水时提供补水;供暖尾水管道上设置有与供暖管路连接的供暖循环支路24,供暖尾水管道上设置有尾水温度传感器,尾水温度传感器与供暖支路电动调节阀23电性连接,当检测到尾水回水温度较高时,供暖支路电动调节阀开启使尾水重新进入用户进行供暖;
本发明中相变蓄热水箱的结构如图2所示,相变蓄热水箱的箱体2-1内设置有多根盐柱2-2,相变蓄热水箱箱箱体上设置有加热水出口3、供热水进口4、加热水进口5、相变蓄热水箱补水进口7及供热水出口8,箱体内的盐柱由固定孔板2-4固定在箱体内,固定孔板上设置有多个供水流通过的水孔,本实施例中换热箱的箱盖上设置有观察口2-10,观察口上设置有观察玻璃,可以通过观察口直接观察换热箱体内的盐柱情况,如图4所示,在盐柱顶盖4-1上设置有贯通顶盖的导柱孔,盐柱内部设置有挡板4-2,挡板与盐柱侧壁之间设置有滑动密封件,滑动密封件可以采用橡胶型环或其它形式的弹性体,在其内外径上加聚四氟乙烯填料的园形带,或者采用市售的唇形密封圈等滑动密封件,在挡板上侧设置有竖直的导柱2-9,导柱上端穿过导柱孔穿设到盐柱外部,在盐柱的侧壁上挡板的下方开设有相变蓄热材料充装口4-3,在导柱上套设有压力弹簧5-1,压力弹簧的上端压设在盐柱顶板上,下端压设在挡板上,在挡板上侧设置有竖直的导杆2-9,导杆上端穿过导杆孔穿设到盐柱外部,在盐柱的侧壁上挡板的下方开设有相变蓄热材料充装口4-3,在导杆上套设有压力弹簧5-1,压力弹簧的上端压设在盐柱顶板上,下端压设在挡板上,挡板下部的盐柱内部空间为相变材料充装室4-5,本发明中相变材料充装室内部填充的相变储热材料可采用所有相变温度在40-90度之间的相变储热材料,如醋酸钠、磷酸钠或其它相变材料,相变材料通过相变材料充装口4-3充设至相变材料充装室内,随后使相变材料充装室内部保持正压状态后密封相变材料充装口,挡板在盐柱内部的压力推动下向上方移动,导杆伸出盐柱上方,在盐柱不泄露的情况下,导杆保持伸出在盐柱外部,当盐柱发生泄露时,盐柱内正压泄露,导杆在自重及弹簧的作用下向下运动,缩至盐柱内部,通过观察口观察换热箱内部盐柱顶部的导杆情况,即可确定盐柱是否发生泄露,并且可以直接确定是哪一根发生泄露,操作极为简便;本实施例中盐柱的内部设置有多根热虹吸管4-4,多根热虹吸管布设在相变材料充装室内,各个虹吸管之间相互平行竖直设置,多根热虹吸管的下端伸出盐柱的下壁,多根热虹吸管下端伸出盐柱的部份相互连接为一体,构成液态工质储存室2-8,液态工质储存室内部充设有液态工质,热虹吸管及液态工质储存室内部为真空状态;在换热箱储能工作时,加热后的换热水通过换热水进口进入换热箱内,液态工质储存室内的液体在达到蒸发温度后受热气化,由于管中始终保持真空状态,蒸气上升到热虹吸管上层,途中热量陆续被释放,蒸气重新凝结成液滴,其间释放的热量加热热虹吸管周围的相变蓄热材料,蒸气凝结成的液滴由于受到重力作用重新回到液态工质储存室内,继续被蒸发,然后被冷却,形成一个周而复始的循环,达到加热相变蓄热材料内部的目的。
本发明采用空气源热泵作为相变供暖系统的补充热源,可以有效提高整个供热系统的供暖能力,增强应对不同供暖负荷及环境温度的需求,而且增强了盐柱内换热效率,降低了能耗,保证了供热量,并且通过盐柱泄露检查装置提高了整个系统的运行可靠性,不需要专业人员定期维护,利于在民用供暖系统中大面积推广,特别适合在温差变化大、环境温度低的地区使用,可以有效保证供暖效果。
在详细说明本发明的实施方式之后,熟悉该项技术的人士可清楚地了解,在不脱离上述申请专利范围与精神下可进行各种变化与修改,凡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、等同变化与修饰,均属于本发明技术方案的范围,且本发明亦不受限于说明书中所举实例的实施方式。
Claims (4)
1.集中式相变蓄热及空气源热泵联合供暖系统,其特征在于:所述集中式相变蓄热及空气源热泵联合供暖系统包括电锅炉、相变蓄热水箱、相变换热水供热循环泵、相变换热水循环泵、板式换热器、供暖集水器、尾水集水器、空气源热泵机组以及连接管路,其特征在于:所述相变蓄热水箱包括箱体及多根设置在箱体内的盐柱,相变蓄热水箱的箱体上设置有加热水进口、加热水出口、供热水出口及供热水进口,所述盐柱包括盐柱侧壁、下壁及顶盖,盐柱内部充设有相变蓄热材料,所述盐柱内部设置有多根热虹吸管,多根热虹吸管竖直设置并且穿设在相变蓄热材料内部,多根热虹吸管的下端伸出盐柱的下壁,多根热虹吸管下端伸出盐柱的部份相互连接为一体,构成液态工质储存室,液态工质储存室内部充设有液态工质,热虹吸管及液态工质储存室内部为真空状态;所述板式换热器设置有第一流道和第二流道,电锅炉通过相变换热水循环泵与相变蓄热水箱的加热水进口连接,换热后的水从相变蓄热水箱上的加热水出口回流至电锅炉,相变蓄热水箱的供热水出口通过相变换热水供热循环泵与板式换热器第一流道的进水口连接,板式换热器第一流道的出水口与相变蓄热箱的供热水进口连接,板式换热器的第二流道的进水口与尾水集水器连接;板式换热器的第二流道的出水口与供暖集水器连接;所述空气源热泵机组上设置有空气源热泵热水出口及空气源热泵尾水进口,空气源热泵热水出口与供暖集水器连接,供暖集水器上还设置有供暖管路与供暖用户连接;空气源热泵尾水进口与尾水集水器连接,尾水集水器上还设置有管路通过供暖用户循环泵与供暖用户的供暖尾水管路连接。
2.根据权利要求1所述的集中式相变蓄热及空气源热泵联合供暖系统,其特征在于:所述相变蓄热水箱的箱盖上设置有观察口,所述盐柱的顶盖设置有贯通顶盖的导柱孔,盐柱内部滑动设置有挡板,挡板与盐柱侧壁之间设置有滑动密封件,挡板上设置有竖直向上的导柱,导柱上端穿过导柱孔穿设到盐柱外部,所述挡板与盐柱顶盖之间设置有压力弹簧,所述压力弹簧套设在导柱上,压力弹簧的上端压设在盐柱顶盖上,压力弹簧的下端压设在挡板上,盐柱侧壁上开设有相变蓄热材料充装口,相变蓄热材料充装口位于挡板的下方。
3.根据权利要求1所述的集中式相变蓄热及空气源热泵联合供暖系统,其特征在于:所述集中式相变蓄热及空气源热泵联合供暖系统还包括补水塔以及补水泵,补水塔的补水进口与水源连接,相变蓄热水箱通过蓄热水箱补水电磁阀与补水塔连接,所述相变蓄热水箱内设置有相变供热水液位传感器,所述相变供热水液位传感器与蓄热水箱补水电磁阀电性连接;补水塔通过补水泵与供暖尾水管路连接。
4.根据权利要求1所述的集中式相变蓄热及空气源热泵联合供暖系统,其特征在于:供暖用户的供暖尾水管道上设置有尾水温度传感器,尾水温度传感器与供暖支路电动调节阀电性连接,供暖尾水管道上设置有供暖循环支路,所述供暖循环支路通过供暖支路电动调节阀与供暖管路连接。
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CN112682838A (zh) * | 2020-12-21 | 2021-04-20 | 北京华厚能源科技有限公司 | 适用于大型公共建筑的相变蓄能耦合空气源热泵供能系统 |
CN112728617A (zh) * | 2021-02-05 | 2021-04-30 | 广州大学城能源发展有限公司 | 一种智能热力供应系统 |
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Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20190723 |