CN110657697B - 一种谷电储能装置及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的一种谷电储能装置及其使用方法，谷电储能装置包括管路模块、储水模块、储能模块、隔板、下外壳、保温层和内壳；管路模块包括循环水进口、第一球阀、第二球阀、第三球阀、循环水泵、热水出口、上外壳、自来水进口和第四球阀；储水模块包括液位浮球阀、温度控制器、水、电加热管、吸水口和排气阀；储能模块包括相变材料、换热盘管、换热盘管进口和换热盘管出口；该装置能够利用谷电实现相变储能，功能多样且集成度高。仅通过储能装置自身的阀门切换就可以实现电加热蓄热功能和电辅热放热功能，总体具有储能密度大、出水温度稳定、使用方法简便和节约运行费用的特点。

Description

一种谷电储能装置及其使用方法
技术领域
本发明属于储能领域，涉及储能装置，具体涉及一种谷电储能装置及其使用方法。
背景技术
我国在大多数地区都已经实施了阶梯电价政策，在用电高峰的白天，电力价格较贵，在用电负荷的低峰阶段-夜间，电力价格便宜。此外，由于夜间的电力负荷低谷期也造成了大量的电力资源浪费，通过储能的方式，弥补能源供给和用户侧的时间差，是目前比较可行的方案。储存电能往往需要电池，造成蓄电的投资和运行成本较高，而储存热量，仅需要通过水或者相变材料即可实现，投资和运行成本都较低。
相变储能装置主要基于内部相变材料的相变潜热进行蓄热，因而相比于传统的水蓄热装置具有储能密度大、出水温度较为稳定的特点，将相变储能装置与谷电利用结合起来，可有效实现低价储存热能，在白天时使用，降低运行费用。目前的相变储能装置需要通过与外界热源配合，实现相变材料的蓄热和放热功能，此外，也往往需要通过外界的辅助热源对热水进行二次加热，以满足使用要求。因此，目前的相变储能装置功能单一、集成度低，与外界部件需要大量管路连接，供热系统较为复杂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种谷电储能装置及其使用方法，在传统单一的相变储能装置上集成了管路模块和储水模块，能够利用谷电实现相变储能，并且储能装置的功能多样和集成度高，通过装置自身的阀门切换就可以实现电加热蓄热功能和电辅热放热功能，电加热管兼具蓄热热源和辅助热源的功能，出水温度稳定，使用方法简单。
为达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种谷电储能装置，其特征在于：包括管路模块、储水模块、储能模块、隔板、下外壳、保温层和内壳；管路模块包括循环水进口、第一球阀、第二球阀、第三球阀、循环水泵、热水出口、上外壳、自来水进口和第四球阀；储水模块包括液位浮球阀、温度控制器、水、电加热管、吸水口和和排气阀；储能模块包括相变材料、换热盘管、换热盘管进口和换热盘管出口；
下外壳、保温层和内壳由外向内紧密贴合形成内部空腔，隔板的四边紧贴着内壳，将内部空腔分为上部的储水模块和下部的储能模块，储水模块内填充的介质为水，储能模块内填充的介质为相变材料，管路模块整体设置在下外壳的顶部；
管路模块的结构关系为：循环水进口位于上外壳顶部，循环水进口连接着第一球阀，第一球阀再分别连接着第二球阀和换热盘管进口，第二球阀再分别连接着第三球阀和循环水泵出口，第三球阀再连接着热水出口，热水出口位于上外壳顶部，循环水泵进口再连接着吸水口，自来水进口位于上外壳侧部，自来水进口连接着第四球阀，第四球阀再连接着液位浮球阀；第一球阀、第二球阀、第三球阀和第四球阀的开关都设置在上外壳的外部；管路模块的连接方式都为管路连接；
储水模块的结构关系为：液位浮球阀位于储水模块侧面上部，排气阀位于储水模块侧面上部且位置高于液位浮球阀，温度控制器位于储水模块顶部，温度控制器的传感器探头、吸水口和电加热管都位于液位浮球阀的控制液位以下，完全浸没在水中；
储能模块的结构关系为：换热盘管整体浸没在相变材料中，换热盘管进口和换热盘管出口分别为换热盘管两个端口，换热盘管出口连通着储水模块。
所述的换热盘管由铜管制成，整体构造为单根铜管在高度方向上经螺旋上升后的螺旋状管路。
所述的换热盘管由无规共聚聚丙烯管制成，整体构造为多排毛细管网并联形成的同程式管路，毛细管网具有A端口和B端口，换热盘管进口303的管路上连接着若干排毛细管网的A端口，换热盘管出口304的管路上连接着若干排毛细管网的B端口，换热盘管进口303的管路、换热盘管出口304的管路与若干排毛细管网形成同程式管路。
所述的上外壳、隔板、下外壳和内壳材料都为不锈钢；所述的保温层材料为聚氨酯发泡材料；所述的相变材料为熔点范围在40℃至80℃之间的石蜡。
所述的排气阀能够自动排气，降低储水模块内的压力。
一种谷电储能装置使用方法，其特征在于：通过对第一球阀、第二球阀、第三球阀和第四球阀开启和关闭的不同组合方式，该谷电储能装置可实现电加热蓄热功能和电辅热放热功能。
实现电加热蓄热功能的使用方法是，关闭第一球阀和第三球阀，开启第二球阀和第四球阀，自来水由自来水进口流入，再由液位浮球阀流入储水模块中，直至水达到控制液位时停止流入，再开启循环水泵，温度控制器对电加热管进行联动控制，当温度控制器测量到水的温度未达到设定温度时，电加热管持续加热水，当温度控制器测量到水的温度达到设定温度时，电加热管停止加热，循环水泵驱动被加热后的水由吸水口流入，经循环水泵、第二球阀和换热盘管进口流入换热盘管，换热盘管与低温的相变材料不断换热，相变材料储存热能，降温后的水由换热盘管出口流出至储水模块中再次被加热。
当夜间，储能装置利用低价谷电完成储能以后，在白天时，就可以通过储能装置对用热末端进行放热，满足用户的热需求。
实现电辅热放热功能的使用方法是，关闭第二球阀，开启第一球阀、第三球阀和第四球阀，开启循环水泵，循环水进口对接用热末端的出水口，热水出口对接用热末端的进水口，在用热末端放热后的水由循环水进口流入，经第一球阀和换热盘管进口流入换热盘管，换热盘管与高温的相变材料不断换热，相变材料释放热能，升温后的水由换热盘管出口流出至储水模块中，循环水泵驱动被加热后的水由吸水口流入，经循环水泵、第三球阀和热水出口流入用热末端进行放热；当储水模块中的水未达到液位浮球阀的控制液位时，自来水由自来水进口流入，再由液位浮球阀流入储水模块中自动补充，直至水达到控制液位时停止流入；当温度控制器测量到水的温度不满足用热末端要求时，开启电加热管对水进行辅助加热至设定温度。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明的一种谷电储能装置，能够利用谷电实现相变储能，由于相变材料的潜热大，潜热释放过程中相变材料温度波动小，因此相比于传统的水储能装置具有储能密度大、出水温度稳定的特点，并且储能装置的功能多样和集成度高，自身含有水泵、电加热管和配套管路及阀门，不需要再通过管路连接其他部件，仅通过装置自身的阀门切换就可以利用谷电实现蓄热功能；装置连接到所需的用热末端就可以实现放热功能，简化了供热的管路系统。
进一步的，本发明的一种谷电储能装置，电加热管兼具蓄热热源和辅助热源的功能，通过温度控制器对电加热管进行联动控制，蓄热过程和放热过程中都可以保持较为稳定的水温，出水温度波动更小，用热末端的使用效果更好，此外，储能装置的储水模块也可以储存一定量的热水用于直接使用，并具有自动补水装置。
进一步的，本发明的一种谷电储能装置使用方法，操作简单，通过对第一球阀、第二球阀、第三球阀和第四球阀开启和关闭的不同组合方式，该谷电储能装置就可以实现电加热蓄热功能和电辅热放热功能。
附图说明
图1为本发明的一种谷电储能装置的结构示意图；
图2为本发明的一种谷电储能装置的使用示意图；
图3为本发明的一种谷电储能装置的换热盘管的局部示意图；
其中，101为循环水进口，102为第一球阀，103为第二球阀，104为第三球阀，105为循环水泵，106为热水出口，107为上外壳，108为自来水进口，109为第四球阀，201为液位浮球阀，202为温度控制器，203为水，204为电加热管，205为吸水口，206为排气阀，301为相变材料，302为换热盘管，303为换热盘管进口，304为换热盘管出口，4为隔板，5为下外壳，6为保温层，7为内壳，8为散热器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
本发明总的构思是：一种谷电储能装置，在传统单一的相变储能装置上集成了管路模块和储水模块，能够利用谷电实现相变储能，并且储能装置的功能多样和集成度高。一种谷电储能装置使用方法，通过装置自身的阀门切换就可以实现电加热蓄热功能和电辅热放热功能，电加热管兼具蓄热热源和辅助热源的功能，出水温度稳定，使用方法简单。
为了详细说明本发明的技术内容以及构造和目的，下面结合附图进行具体介绍。
由图1所示，一种谷电储能装置，包括管路模块、储水模块、储能模块、隔板4、下外壳5、保温层6和内壳7；管路模块包括循环水进口101、第一球阀102、第二球阀103、第三球阀104、循环水泵105、热水出口106、上外壳107、自来水进口108和第四球阀109；储水模块包括液位浮球阀201、温度控制器202、水203、电加热管204、吸水口205和排气阀206；储能模块包括相变材料301、换热盘管302、换热盘管进口303和换热盘管出口304；下外壳5、保温层6和内壳7由外向内紧密贴合形成内部空腔，隔板4的四边紧贴着内壳7，将内部空腔分为上部的储水模块和下部的储能模块，储水模块内填充的介质为水203，储能模块内填充的介质为相变材料301，管路模块整体设置在下外壳5的顶部。
管路模块的结构关系为：循环水进口101位于上外壳107顶部，循环水进口101连接着第一球阀102，第一球阀102再分别连接着第二球阀103和换热盘管进口303，第二球阀103再分别连接着第三球阀104和循环水泵105出口，第三球阀104再连接着热水出口106，热水出口106位于上外壳107顶部，循环水泵105进口再连接着吸水口205，自来水进口108位于上外壳107侧部，自来水进口108连接着第四球阀109，第四球阀109再连接着液位浮球阀201；第一球阀102、第二球阀103、第三球阀104和第四球阀109的开关都设置在上外壳107的外部；管路模块的连接方式都为管路连接。
储水模块的结构关系为：液位浮球阀201位于储水模块侧面上部，排气阀206位于储水模块侧面上部且位置高于液位浮球阀201，温度控制器202位于储水模块顶部，温度控制器202的传感器探头、吸水口205和电加热管204都位于液位浮球阀201的控制液位以下，完全浸没在水203中。
储能模块的结构关系为：换热盘管302整体浸没在相变材料301中，换热盘管进口303和换热盘管出口304分别为换热盘管302两个端口，换热盘管出口304连通着储水模块。
换热盘管302由铜管制成，整体构造为单根铜管在高度方向上经螺旋上升后呈现螺旋状管路；或者换热盘管302由无规共聚聚丙烯管制成，整体构造为多排毛细管网并联形成的同程式管路，如图3可知，毛细管网具有A端口和B端口，换热盘管进口303的管路上连接着多排毛细管网的A端口，换热盘管出口304的管路上连接着多排毛细管网的B端口，换热盘管进口303的管路、换热盘管出口304的管路与多排毛细管网形成同程式管路。
上外壳107、隔板4、下外壳5和内壳7材料都为不锈钢；所述的保温层6材料为聚氨酯发泡材料；所述的相变材料301为熔点范围在40℃至80℃之间的石蜡。
本发明的一种谷电储能装置使用方法如下：
通过对第一球阀102、第二球阀103、第三球阀104和第四球阀109开启和关闭的不同组合方式，该谷电储能装置可实现电加热蓄热功能和电辅热放热功能。
电加热蓄热功能的实现过程是，在夜间的低价谷电阶段，关闭第一球阀102和第三球阀104，开启第二球阀103和第四球阀109，自来水由自来水进口108流入，再由液位浮球阀201流入储水模块中，直至水203达到控制液位时停止流入，再开启循环水泵105，温度控制器202对电加热管204进行联动控制，当温度控制器202测量到水203的温度未达到设定温度时，电加热管204持续加热水203，当温度控制器202测量到水203的温度达到设定温度时，电加热管204停止加热，循环水泵105驱动被加热后的水203由吸水口205流入，经循环水泵105、第二球阀103和换热盘管进口303流入换热盘管302，换热盘管302与低温的相变材料301不断换热，相变材料301储存热能，降温后的水203由换热盘管出口304流出至储水模块中再次被加热。
当夜间，储能装置利用低价谷电完成储能以后，在白天时，就可以通过储能装置对用热末端进行放热，满足用户的热需求。
电辅热放热功能的实现过程是，关闭第二球阀103，开启第一球阀102、第三球阀104和第四球阀109，开启循环水泵105，循环水进口101对接用热末端的出水口，热水出口106对接用热末端的进水口，在用热末端放热后的水203由循环水进口101流入，经第一球阀102和换热盘管进口303流入换热盘管302，换热盘管302与高温的相变材料301不断换热，相变材料301释放热能，升温后的水203由换热盘管出口304流出至储水模块中，循环水泵105驱动被加热后的水203由吸水口205流入，经循环水泵105、第三球阀104和热水出口106流入用热末端进行放热；当储水模块中的水203未达到液位浮球阀201的控制液位时，自来水由自来水进口108流入，再由液位浮球阀201流入储水模块中自动补充，直至水203达到控制液位时停止流入；当温度控制器202测量到水203的温度不满足用热末端要求时，开启电加热管204对水203进行辅助加热至设定温度。
其中，排气阀206用于排出储水模块产生的水蒸气，降低储水模块的压力。
由图2可知，当用热末端为散热器8时，储能装置的热水出口106对接着散热器8的进水口，储能装置的循环水进口101对接散热器8的出水口，在循环水泵105的驱动下，水203开始循环流动，与相变材料301换热后被加热的水203进入散热器8，散热器8向室内散热实现供暖。

Claims (6)

1.一种谷电储能装置，其特征在于：包括管路模块、储水模块、储能模块、隔板(4)、下外壳(5)、保温层(6)和内壳(7)；管路模块包括循环水进口(101)、第一球阀(102)、第二球阀(103)、第三球阀(104)、循环水泵(105)、热水出口(106)、上外壳(107)、自来水进口(108)和第四球阀(109)；储水模块包括液位浮球阀(201)、温度控制器(202)、水(203)、电加热管(204)、吸水口(205)和排气阀(206)；储能模块包括相变材料(301)、换热盘管(302)、换热盘管进口(303)和换热盘管出口(304)；
下外壳(5)、保温层(6)和内壳(7)由外向内紧密贴合形成内部空腔，隔板(4)的四边紧贴着内壳(7)，将内部空腔分为上部的储水模块和下部的储能模块，储水模块内填充的介质为水(203)，储能模块内填充的介质为相变材料(301)，管路模块整体设置在下外壳(5)的顶部；
管路模块的结构关系为：循环水进口(101)位于上外壳(107)顶部，循环水进口(101)连接着第一球阀(102)，第一球阀(102)再分别连接着第二球阀(103)和换热盘管进口(303)，第二球阀(103)再分别连接着第三球阀(104)和循环水泵(105)出口，第三球阀(104)再连接着热水出口(106)，热水出口(106)位于上外壳(107)顶部，循环水泵(105)进口再连接着吸水口(205)，自来水进口(108)位于上外壳(107)侧部，自来水进口(108)连接着第四球阀(109)，第四球阀(109)再连接着液位浮球阀(201)；第一球阀(102)、第二球阀(103)、第三球阀(104)和第四球阀(109)的开关都设置在上外壳(107)的外部；管路模块的连接方式都为管路连接；
储水模块的结构关系为：液位浮球阀(201)位于储水模块侧面上部，排气阀(206)位于储水模块侧面上部且位置高于液位浮球阀(201)，温度控制器(202)位于储水模块顶部，温度控制器(202)的传感器探头、吸水口(205)和电加热管(204)都位于液位浮球阀(201)的控制液位以下，完全浸没在水(203)中；
储能模块的结构关系为：换热盘管(302)整体浸没在相变材料(301)中，换热盘管进口(303)和换热盘管出口(304)分别为换热盘管(302)两个端口，换热盘管出口(304)连通着储水模块。
2.根据权利要求1所述的一种谷电储能装置，其特征在于：所述的换热盘管(302)由铜管制成，整体构造为单根铜管在高度方向上经螺旋上升后呈现螺旋状管路。
3.根据权利要求1所述的一种谷电储能装置，其特征在于：所述的换热盘管(302)由无规共聚聚丙烯管制成，整体构造为多排毛细管网并联形成的同程式管路。
4.根据权利要求1所述的一种谷电储能装置，其特征在于：所述的上外壳(107)、隔板(4)、下外壳(5)和内壳(7)材料都为不锈钢；所述的保温层(6)材料为聚氨酯发泡材料；所述的相变材料(301)为熔点范围在40℃至80℃之间的石蜡。
5.一种谷电储能装置的使用方法，采用权利要求1至4之一所述的谷电储能装置，其特征在于：通过对第一球阀(102)、第二球阀(103)、第三球阀(104)和第四球阀(109)开启和关闭的不同组合方式，该谷电储能装置可实现电加热蓄热功能；
实现电加热蓄热功能的使用方法是：关闭第一球阀(102)和第三球阀(104)，开启第二球阀(103)和第四球阀(109)，自来水由自来水进口(108)流入，再由液位浮球阀(201)流入储水模块中，直至水(203)达到控制液位时停止流入，再开启循环水泵(105)，温度控制器(202)对电加热管(204)进行联动控制，当温度控制器(202)测量到水(203)的温度未达到设定温度时，电加热管(204)持续加热水(203)，当温度控制器(202)测量到水(203)的温度达到设定温度时，电加热管(204)停止加热，循环水泵(105)驱动被加热后的水(203)由吸水口(205)流入，经循环水泵(105)、第二球阀(103)和换热盘管进口(303)流入换热盘管(302)，换热盘管(302)与低温的相变材料(301)不断换热，相变材料(301)储存热能，降温后的水(203)由换热盘管出口(304)流出至储水模块中再次被加热。
6.一种谷电储能装置的使用方法，采用权利要求1至4之一所述的谷电储能装置，其特征在于：通过对第一球阀(102)、第二球阀(103)、第三球阀(104)和第四球阀(109)开启和关闭的不同组合方式，该谷电储能装置可实现电辅热放热功能；
实现电辅热放热功能的使用方法是：关闭第二球阀(103)，开启第一球阀(102)、第三球阀(104)和第四球阀(109)，开启循环水泵(105)，循环水进口(101)对接用热末端的出水口，热水出口(106)对接用热末端的进水口，在用热末端放热后的水(203)由循环水进口(101)流入，经第一球阀(102)和换热盘管进口(303)流入换热盘管(302)，换热盘管(302)与高温的相变材料(301)不断换热，相变材料(301)释放热能，升温后的水(203)由换热盘管出口(304)流出至储水模块中，循环水泵(105)驱动被加热后的水(203)由吸水口(205)流入，经循环水泵(105)、第三球阀(104)和热水出口(106)流入用热末端进行放热；当储水模块中的水(203)未达到液位浮球阀(201)的控制液位时，自来水由自来水进口(108)流入，再由液位浮球阀(201)流入储水模块中自动补充，直至水(203)达到控制液位时停止流入；当温度控制器(202)测量到水(203)的温度不满足用热末端要求时，开启电加热管(204)对水(203)进行辅助加热至设定温度。
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