CN111947219B - 一种基于自然循环换热的紧凑式梯级蓄热供热系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于自然循环换热的紧凑式梯级蓄热供热系统及方法，包括高温蓄热模块、自然循环换热回路、中低温相变蓄热模块、供热输出模块、加热控制系统。本发明将高温蓄热本体与中低温相变蓄热本体进行级联，既提供了高储能密度，保证了持续稳定的输出功率，又能利用高温蓄热本体的高导热性实现热量快速储存和输出，并且使用具有极高换热系数的自然循环重力热管进行级间热量输运，提高了级间传热效率，减少了热量输运过程中的能源耗散，增强了系统结构的紧凑性。本发明的实施可增强蓄热供热系统在工程应用中的适用性和可靠性。

Description

一种基于自然循环换热的紧凑式梯级蓄热供热系统及方法

技术领域

本发明涉及一种基于自然循环换热的紧凑式梯级蓄热供热系统及方法，属于显热蓄热供热技术与相变蓄热供热技术交叉领域。

背景技术

在为了合理使用能源以及提高能源的利用效率，调节能源供应侧和能源需求侧之间的时间差，近些年来，储能技术得到了大力的支持和发展。蓄热技术主要分为热化学蓄热、显热蓄热和相变蓄热3种。

显热蓄热是通过蓄热体的比热容和温差实现蓄热，通过温度的升高或降低而实现热量的储存或释放的方法。高温显热蓄热因操作简便、导热系数高而得到广泛应用，但是随着蓄热体温度的下降，输出功率会发生较大波动，换热也不稳定。中国专利ZL201610318705.7和ZL 201610323747.X提出主要采用并联和串联管路的方式，通过在不同的温区段切换相应的管路增加换热面积的方法实现了高温蓄热本体的换热功率在一定的允许范围内波动，但是该方案并不能完全解决温度波动的问题，只能得到一定波动范围的稳定供热，并且有操作难度加大、控制程式复杂、系统可靠性下降等问题。

相变蓄热(潜热蓄热)是利用流体的汽化潜热实现蓄热的方法。相变蓄热具有相变蓄热具有相变潜热大、输出功率稳定、可显著降低蓄热装置尺寸等优点，是目前国内外研究的热点，但是相变蓄热存在导热性能差、腐蚀性严重等问题。中国专利CN203518746U公开了一种多级热回收相变蓄热器，由多个填充有不同相变温度材料的单级相变蓄热器串联而成，提高了相变材料的吸热速率和放热速率，但该专利中采用螺旋盘管换热结构，一般受材料限制，难以适用于高温环境。中国专利CN110081753A公开了一种高温梯级相变蓄热装置及蓄热方法，所述的高温梯级相变蓄热装置由n个内部设有蓄热单元的模块组成，第一蓄热模块到第n蓄热模块分别用于承载相变温度依次递减的所述相变蓄热介质。该方法简化了多级回收蓄热器的结构，提高了相变材料的吸放热速率，但是结构复杂，级间传热速率未优化。

目前多级串联的蓄热器之间最大的问题就是级间传热效率较低，较低的导热系数导致级间的热量传递往往需要较长的时间。并且，长时间的循环加热加大了泵工消耗，带来了经济性的下降和能源的不断损耗。回路式重力热管具有极高的导热系数，同条件下铜-水重力热管的热阻仅为纯铜热阻的1/1500，并且，重力的应用可取代循环泵供给循环介质流动的动能，节省泵功，提高经济性。

针对目前高温显热蓄热输出功率波动、中低温相变蓄热导热系数较低、级联系统结构复杂冗余以及级间传热效率较低的问题，亟需一种兼顾高传热效率、稳定功率供热并且系统紧凑的供热系统。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种基于自然循环换热的紧凑式梯级蓄热供热系统及方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于自然循环换热的紧凑式梯级蓄热供热系统，其包括高温蓄热模块、自然循环换热回路、中低温相变蓄热模块、供热输出回路和加热控制系统；

高温蓄热模块包括高温蓄热本体、高温蓄热体保温层、高温换热安装孔和高温加热安装孔；高温蓄热本体的外部包覆有高温蓄热体保温层，构成高温蓄热组；高温蓄热本体的内部开设有高温换热安装孔和高温加热安装孔，高温换热安装孔和高温加热安装孔均贯通高温蓄热组且互不干涉；

自然循环换热回路包括高温加热蒸发换热管、绝热上升连接管、热管保温层、冷凝放热换热管、冷凝下降管、液位控制器和热管换热工质储液箱；高温加热蒸发换热管、绝热上升连接管、冷凝放热换热管、冷凝下降管、热管换热工质储液箱依次首尾相连，共同构成顺次流动的循环回路；液位控制器安装在热管换热工质储液箱上，用于控制热管换热工质储液箱内的液位高低；热管保温层包裹在绝热上升连接管和冷凝下降管的外侧；

中低温相变蓄热模块包括中低温相变蓄热本体、中低温蓄热体保温层、中低温蓄热换热安装孔、供热换热安装孔和中低温加热安装孔；低温相变蓄热本体内交错布置有中低温蓄热换热安装孔、供热换热安装孔和中低温加热安装孔，其外部包覆有中低温蓄热体保温层，共同构成中低温相变蓄热组；中低温蓄热换热安装孔、供热换热安装孔和中低温加热安装孔均贯通中低温相变蓄热组且互不干涉；

供热输出回路包括供热换热管、供热循环泵、供热管路、用热设备和热量计；供热管路上安装有供热循环泵、用热设备和热量计，供热管路的两端分别与供热换热管的进出口相连，供热换热管和供热管路共同构成循环回路；

加热控制模块包括数据采集器、高温加热系统、高温蓄热温度传感器、蒸发段出口温度传感器、冷凝段出口温度传感器、冷凝段出口单向阀、高温加热控制阀、中低温加热系统、中低温蓄热温度传感器和供热控制阀；

自然循环换热回路的高温加热蒸发换热管安装在高温换热安装孔内，实现自然循环换热回路与高温蓄热模块的连接；自然循环换热回路的冷凝放热换热管安装在中低温蓄热换热安装孔内，实现然循环换热回路与中低温相变蓄热模块的连接；供热输出回路的供热换热管安装在供热换热安装孔内，实现供热输出回路与中低温相变蓄热模块的连接；加热控制模块的高温加热系统安装在高温加热安装孔内，实现加热控制模块与高温蓄热模块的连接；加热控制模块的高温加热控制阀安装在热管换热工质储液箱的出口端，蒸发段出口温度传感器和冷凝段出口温度传感器分别安装在高温加热蒸发换热管和冷凝放热换热管的出口段，冷凝段出口单向阀设于冷凝下降管上，实现加热控制模块与自然循环换热回路的连接；加热控制模块的中低温加热系统安装在中低温加热安装孔内，实现加热控制模块与中低温相变蓄热模块的连接；加热控制模块的供热控制阀安装在供热管路上，实现加热控制模块与供热输出回路的连接；高温蓄热本体和中低温相变蓄热本体上分别设有高温蓄热温度传感器和中低温蓄热温度传感器；

高温蓄热温度传感器、蒸发段出口温度传感器、冷凝段出口温度传感器、中低温蓄热温度传感器、冷凝段出口单向阀、高温加热控制阀和供热控制阀分别通过线路与数据采集器相连。

作为优选，所述自然循环换热回路内的循环传热介质包括但不限于水、乙醇溶液、丙酮溶液、甲醇溶液和液态金属及其合金。

作为优选，所述高温加热系统和中低温加热系统采用高温流体加热、电加热和烟气加热中的一种或多种。

作为优选，所述高温蓄热本体由高温蓄热材料组成，包括但不限于石墨、耐火砖、混凝土、高温陶瓷、铸铁及上述材料的混合物。

作为优选，所述中低温相变蓄热本体由中低温相变材料组成，包括但不限于石蜡及石蜡基相变储能材料、糖醇及糖醇类相变储能材料。

作为优选，所述高温蓄热本体的有效储热密度是中低温相变蓄热本体的2倍以上。

作为优选，所述中低温相变蓄热本体内供热换热管的布置满足换热功率大于等于供热额定功率。

作为优选，所述高温加热蒸发换热管、冷凝放热换热管和供热换热管的管路布设均为蛇形。

本发明的另一目的在于提供一种基于上述任一所述紧凑式梯级蓄热供热系统的供热方法，其包括以下步骤：

系统开始加热运行，开启高温加热系统和中低温加热系统，通过高温蓄热温度传感器和中低温蓄热温度传感器分别实时监测高温蓄热本体和中低温相变蓄热本体的温度变化；当高温蓄热本体和中低温相变蓄热本体的温度升至预设最高温度时，停止高温加热系统和中低温加热系统；开启供热控制阀，通过供热管路给用热设备供热；当中低温相变蓄热本体的温度低于预设最低温度，或者热量计的监控数值达到中低温相变蓄热本体总蓄热量的设定值时，开启高温加热控制阀，使高温蓄热本体通过自然循环换热回路给中低温相变蓄热本体进行充热；当中低温相变蓄热本体的温度大于等于预设最高温度时，关闭高温加热控制阀，停止充热；重复上述过程，以实现对用热设备的持续稳定供热；

当高温蓄热本体的温度低于预设最低温度时，关闭供热循环泵、高温加热控制阀和供热控制阀，供热过程结束。

作为优选，在所述供热系统的运行过程中，当热管换热工质储液箱的水位到达设定最低液位高度时，补充自然循环换热回路内的循环介质，使其液位恢复至最高液位高度。

与现有技术相比，本发明的主要创新和特色在于：

1)本发明充分利用高温显热蓄热的高储能密度和相变蓄热的换热温度恒定的特点，将高温蓄热本体与中低温相变蓄热本体进行级联，在保证较高储能密度的同时又保证了持续稳定输出功率，有效克服了高温显热蓄热换热器温降导致的管路设计复杂以及相变蓄热器储能密度不高的问题；

2)本发明提出采用半开式热管(自然循环换热回路)作为高温蓄热本体和中低温相变蓄热本体之间的换热媒介，结构和控制简单，热响应速度快，传热的自适应强，大大简化了系统的复杂性，提高了系统经济性和可靠性，增强了系统在工程应用中的适用性。

附图说明

图1为本发明其中一种技术方案中的紧凑式梯级蓄热供热系统示意图；

图2为本发明其中一种技术方案中的高温蓄热模块示意图；

图3为本发明其中一种技术方案中的自然循环换热回路示意图；

图4为本发明其中一种技术方案中的中低温相变蓄热模块示意图；

图5为本发明其中一种技术方案中的供热输出回路示意图；

其中，高温蓄热模块1，自然循环换热回路2，中低温相变蓄热模块3，供热输出回路4，加热控制系统5，高温蓄热本体11，高温蓄热体保温层12，高温换热安装孔13，高温加热安装孔14，高温加热蒸发换热管21，绝热上升连接管22，热管保温层23，冷凝放热换热管24，冷凝下降管25，液位控制器26，热管换热工质储液箱27，中低温相变蓄热本体31，中低温蓄热体保温层32，中低温蓄热换热安装孔33，供热换热安装孔34，中低温加热安装孔35，供热换热管41，供热循环泵42，供热管路43，用热设备44，热量计45，数据采集器50，高温加热系统51，高温蓄热温度传感器52，蒸发段出口温度传感器53，冷凝段出口温度传感器54，冷凝段出口单向阀55，高温加热控制阀56，中低温加热系统57，中低温蓄热温度传感器58，供热控制阀59。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。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。术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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，并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。

在其中一种技术方案中，如图1所示，本发明提供一种基于自然循环换热的紧凑式梯级蓄热供热系统，包括：高温蓄热模块1、自然循环换热回路2、中低温相变蓄热模块3、供热输出回路4、加热控制模块5，其中：

如图2所示，高温蓄热模块1包括高温蓄热本体11、高温蓄热体保温层12、高温换热安装孔13和高温加热安装孔14。高温蓄热本体11的外部包覆有高温蓄热体保温层12，构成高温蓄热组。高温蓄热本体11的内部开设有高温换热安装孔13和高温加热安装孔14，高温换热安装孔13和高温加热安装孔14均贯通高温蓄热组且互不干涉。

如图3所示，自然循环换热回路2包括高温加热蒸发换热管21、绝热上升连接管22、热管保温层23、冷凝放热换热管24、冷凝下降管25、液位控制器26和热管换热工质储液箱27。高温加热蒸发换热管21、绝热上升连接管22、冷凝放热换热管24、冷凝下降管25、热管换热工质储液箱27依次首尾相连，共同构成顺次流动的循环回路。液位控制器26安装在热管换热工质储液箱27上，，用于控制热管换热工质储液箱27内的液位高低。热管保温层23包裹在绝热上升连接管22和冷凝下降管25外侧。

如图4所示，中低温相变蓄热模块3包括中低温相变蓄热本体31、中低温蓄热体保温层32、中低温蓄热换热安装孔33、供热换热安装孔34和中低温加热安装孔35。低温相变蓄热本体31内交错布置有中低温蓄热换热安装孔33、供热换热安装孔34和中低温加热安装孔35，其外部包覆有中低温蓄热体保温层32，共同构成中低温相变蓄热组；中低温蓄热换热安装孔33、供热换热安装孔34和中低温加热安装孔35均贯通中低温相变蓄热组且互不干涉。

如图5所示，供热输出回路4包括供热换热管41、供热循环泵42、供热管路43、用热设备44、热量计45。供热管路43上安装有供热循环泵42、用热设备44和热量计45，供热管路43的两端分别与供热换热管41的进出口相连，供热换热管41和供热管路43共同构成循环回路。

加热控制模块5包括数据采集器50、高温加热系统51、高温蓄热温度传感器52、蒸发段出口温度传感器53、冷凝段出口温度传感器54、冷凝段出口单向阀55、高温加热控制阀56、中低温加热系统57、中低温蓄热温度传感器58、供热控制阀59。

高温蓄热温度传感器52、蒸发段出口温度传感器53、冷凝段出口温度传感器54、中低温蓄热温度传感器58、冷凝段出口单向阀55、高温加热控制阀56和供热控制阀59分别通过线路与数据采集器50相连。

自然循环换热回路2的高温加热蒸发换热管21安装在高温换热安装孔13内，实现自然循环换热回路2与高温蓄热模块1的连接。自然循环换热回路2的冷凝放热换热管24安装在中低温蓄热换热安装孔33内，实现然循环换热回路2与中低温相变蓄热模块3的连接。供热输出回路4的供热换热管41安装在供热换热安装孔34内，实现供热输出回路4与中低温相变蓄热模块3的连接。加热控制模块5的高温加热系统51安装在高温加热安装孔14内，实现加热控制模块5与高温蓄热模块1的连接。加热控制模块5的高温加热控制阀56安装在热管换热工质储液箱27的出口端，蒸发段出口温度传感器53和冷凝段出口温度传感器54分别安装在高温加热蒸发换热管21和冷凝放热换热管24的出口段，冷凝段出口单向阀55设于冷凝下降管25上，实现加热控制模块5与自然循环换热回路2的连接。加热控制模块5的中低温加热系统57安装在中低温加热安装孔35内，实现加热控制模块5与中低温相变蓄热模块3的连接。加热控制模块5的供热控制阀59安装在供热管路43上，实现加热控制模块5与供热输出回路4的连接。高温蓄热本体11上设有高温蓄热温度传感器52，用于实时监测高温蓄热本体11的温度变化。中低温相变蓄热本体31上设有中低温蓄热温度传感器58，用于实时监测中低温相变蓄热本体31的温度变化。

在本实施例中，自然循环换热回路2内的循环传热介质包括但不限于水、乙醇溶液、丙酮溶液、甲醇溶液和液态金属及其合金。高温加热系统51和中低温加热系统57采用包括但不限于电加热、烟气加热以及其他高温流体加热的一种或多种。高温蓄热本体11由高温蓄热材料组成，包括但不限于石墨、耐火砖、混凝土、高温陶瓷、铸铁及上述材料的混合物。中低温相变蓄热本体31由中低温相变材料组成，包括但不限于石蜡及石蜡基相变储能材料、糖醇及糖醇类相变储能材料。高温蓄热本体11的有效储热密度是中低温相变蓄热本体31的2倍以上。中低温相变蓄热本体31内供热换热管41的布置满足换热功率大于等于供热额定功率。高温加热蒸发换热管21、冷凝放热换热管24和供热换热管41的管路布设均为蛇形。

在本技术方案中，基于上述紧凑式梯级蓄热供热系统的供热方法具体如下：

系统开始加热运行，开启高温加热系统51和中低温加热系统57，通过高温蓄热温度传感器52和中低温蓄热温度传感器58分别实时监测高温蓄热本体11和中低温相变蓄热本体31的温度变化。当高温蓄热本体11和中低温相变蓄热本体31的温度升至预设最高温度时，停止高温加热系统51和中低温加热系统57。开启供热控制阀59，通过供热管路43给用热设备44供热。当中低温相变蓄热本体31的温度低于预设最低温度，或者热量计45的监控数值达到中低温相变蓄热本体31总蓄热量的设定值时，开启高温加热控制阀56，使高温蓄热本体11通过自然循环换热回路2给中低温相变蓄热本体31进行充热。当中低温相变蓄热本体31的温度大于等于预设最高温度时，关闭高温加热控制阀56，停止充热。重复上述过程，以实现对用热设备44的持续稳定供热。当高温蓄热本体11的温度低于预设最低温度时，关闭供热循环泵42、高温加热控制阀56和供热控制阀59，供热过程结束。

其中，高温蓄热本体11的最小放热功率要大于等于高温加热蒸发换热管21第一转折点的功率，最大放热功率小于等于高温加热蒸发换热管21放热第二转折点的功率，冷凝放热换热管24的最小放热功率要大于等于供热负荷额定功率。中低温相变蓄热本体31内供热换热管41的布置满足换热功率大于等于供热额定功率。

在整个供热过程中，热管换热工质储液箱27上的液位控制器26需要控制在最低液位高度和最高液位高度之间，如果液位过低，则需要补充循环工质。

中低温相变蓄热本体31内，供热换热管41的换热面积确定，不需要手动调节供热换热管41设置，可简化系统结构，并降低系统的操作难度。

在本发明的其中一个应用场景中，具体如下：在用电低谷期时，高温蓄热本体11可将发电厂发电产热、生物质或垃圾热解储热等余电、余热统一转化为热量储蓄起来，在用电高峰期时，高温蓄热本体11通过自然循环换热回路2给中低温相变蓄热本体31供热，不用人为监控就可实现对用热设备44的稳定供热，减少人工劳作，简化操作流程。

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (9)

1.一种基于自然循环换热的紧凑式梯级蓄热供热系统的供热方法，其特征在于，所述基于自然循环换热的紧凑式梯级蓄热供热系统包括高温蓄热模块（1）、自然循环换热回路（2）、中低温相变蓄热模块（3）、供热输出回路（4）和加热控制系统（5）；

高温蓄热模块（1）包括高温蓄热本体（11）、高温蓄热体保温层（12）、高温换热安装孔（13）和高温加热安装孔（14）；高温蓄热本体（11）的外部包覆有高温蓄热体保温层（12），构成高温蓄热组；高温蓄热本体（11）的内部开设有高温换热安装孔（13）和高温加热安装孔（14），高温换热安装孔（13）和高温加热安装孔（14）均贯通高温蓄热组且互不干涉；

自然循环换热回路（2）包括高温加热蒸发换热管（21）、绝热上升连接管（22）、热管保温层（23）、冷凝放热换热管（24）、冷凝下降管（25）、液位控制器（26）和热管换热工质储液箱（27）；高温加热蒸发换热管（21）、绝热上升连接管（22）、冷凝放热换热管（24）、冷凝下降管（25）、热管换热工质储液箱（27）依次首尾相连，共同构成顺次流动的循环回路；液位控制器（26）安装在热管换热工质储液箱（27）上，用于控制热管换热工质储液箱（27）内的液位高低；热管保温层（23）包裹在绝热上升连接管（22）和冷凝下降管（25）的外侧；

中低温相变蓄热模块（3）包括中低温相变蓄热本体（31）、中低温蓄热体保温层（32）、中低温蓄热换热安装孔（33）、供热换热安装孔（34）和中低温加热安装孔（35）；低温相变蓄热本体（31）内交错布置有中低温蓄热换热安装孔（33）、供热换热安装孔（34）和中低温加热安装孔（35），其外部包覆有中低温蓄热体保温层（32），共同构成中低温相变蓄热组；中低温蓄热换热安装孔（33）、供热换热安装孔（34）和中低温加热安装孔（35）均贯通中低温相变蓄热组且互不干涉；

供热输出回路（4）包括供热换热管（41）、供热循环泵（42）、供热管路（43）、用热设备（44）和热量计（45）；供热管路（43）上安装有供热循环泵（42）、用热设备（44）和热量计（45），供热管路（43）的两端分别与供热换热管（41）的进出口相连，供热换热管（41）和供热管路（43）共同构成循环回路；

加热控制模块（5）包括数据采集器（50）、高温加热系统（51）、高温蓄热温度传感器（52）、蒸发段出口温度传感器（53）、冷凝段出口温度传感器（54）、冷凝段出口单向阀（55）、高温加热控制阀（56）、中低温加热系统（57）、中低温蓄热温度传感器（58）和供热控制阀（59）；

自然循环换热回路（2）的高温加热蒸发换热管（21）安装在高温换热安装孔（13）内，实现自然循环换热回路（2）与高温蓄热模块（1）的连接；自然循环换热回路（2）的冷凝放热换热管（24）安装在中低温蓄热换热安装孔（33）内，实现然循环换热回路（2）与中低温相变蓄热模块（3）的连接；供热输出回路（4）的供热换热管（41）安装在供热换热安装孔（34）内，实现供热输出回路（4）与中低温相变蓄热模块（3）的连接；加热控制模块（5）的高温加热系统（51）安装在高温加热安装孔（14）内，实现加热控制模块（5）与高温蓄热模块（1）的连接；加热控制模块（5）的高温加热控制阀（56）安装在热管换热工质储液箱（27）的出口端，蒸发段出口温度传感器（53）和冷凝段出口温度传感器（54）分别安装在高温加热蒸发换热管（21）和冷凝放热换热管（24）的出口段，冷凝段出口单向阀（55）设于冷凝下降管（25）上，实现加热控制模块（5）与自然循环换热回路（2）的连接；加热控制模块（5）的中低温加热系统（57）安装在中低温加热安装孔（35）内，实现加热控制模块（5）与中低温相变蓄热模块（3）的连接；加热控制模块（5）的供热控制阀（59）安装在供热管路（43）上，实现加热控制模块（5）与供热输出回路（4）的连接；高温蓄热本体（11）和中低温相变蓄热本体（31）上分别设有高温蓄热温度传感器（52）和中低温蓄热温度传感器（58）；

高温蓄热温度传感器（52）、蒸发段出口温度传感器（53）、冷凝段出口温度传感器（54）、中低温蓄热温度传感器（58）、冷凝段出口单向阀（55）、高温加热控制阀（56）和供热控制阀（59）分别通过线路与数据采集器（50）相连；

所述供热方法包括以下步骤：

系统开始加热运行，开启高温加热系统（51）和中低温加热系统（57），通过高温蓄热温度传感器（52）和中低温蓄热温度传感器（58）分别实时监测高温蓄热本体（11）和中低温相变蓄热本体（31）的温度变化；当高温蓄热本体（11）和中低温相变蓄热本体（31）的温度升至预设最高温度时，停止高温加热系统（51）和中低温加热系统（57）；开启供热控制阀（59），通过供热管路（43）给用热设备（44）供热；当中低温相变蓄热本体（31）的温度低于预设最低温度，或者热量计（45）的监控数值达到中低温相变蓄热本体（31）总蓄热量的设定值时，开启高温加热控制阀（56），使高温蓄热本体（11）通过自然循环换热回路（2）给中低温相变蓄热本体（31）进行充热；当中低温相变蓄热本体（31）的温度大于等于预设最高温度时，关闭高温加热控制阀（56），停止充热；重复上述过程，以实现对用热设备（44）的持续稳定供热；

当高温蓄热本体（11）的温度低于预设最低温度时，关闭供热循环泵（42）、高温加热控制阀（56）和供热控制阀（59），供热过程结束。

2.根据权利要求1所述的基于自然循环换热的紧凑式梯级蓄热供热系统的供热方法，其特征在于所述自然循环换热回路（2）内的循环传热介质包括但不限于水、乙醇溶液、丙酮溶液、甲醇溶液和液态金属及其合金。

3.根据权利要求1所述的基于自然循环换热的紧凑式梯级蓄热供热系统的供热方法，其特征在于所述高温加热系统（51）和中低温加热系统（57）采用高温流体加热、电加热和烟气加热中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的基于自然循环换热的紧凑式梯级蓄热供热系统的供热方法，其特征在于所述高温蓄热本体（11）由高温蓄热材料组成，包括但不限于石墨、耐火砖、混凝土、高温陶瓷、铸铁及上述材料的混合物。

5.根据权利要求1所述的基于自然循环换热的紧凑式梯级蓄热供热系统的供热方法，其特征在于所述中低温相变蓄热本体（31）由中低温相变材料组成，包括但不限于石蜡及石蜡基相变储能材料、糖醇及糖醇类相变储能材料。

6.根据权利要求1所述的基于自然循环换热的紧凑式梯级蓄热供热系统的供热方法，其特征在于所述高温蓄热本体（11）的有效储热密度是中低温相变蓄热本体（31）的2倍以上。

7.根据权利要求1所述的基于自然循环换热的紧凑式梯级蓄热供热系统的供热方法，其特征在于所述中低温相变蓄热本体（31）内供热换热管（41）的布置满足换热功率大于等于供热额定功率。

8.根据权利要求1所述的基于自然循环换热的紧凑式梯级蓄热供热系统的供热方法，其特征在于所述高温加热蒸发换热管（21）、冷凝放热换热管（24）和供热换热管（41）的管路布设均为蛇形。

9.根据权利要求1所述的基于自然循环换热的紧凑式梯级蓄热供热系统的供热方法，其特征在于，在所述供热系统的运行过程中，当热管换热工质储液箱（27）的水位到达设定最低液位高度时，补充自然循环换热回路（2）内的循环介质，使其液位恢复至最高液位高度。

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