CN111947220B - 一种基于闭式重力热管的紧凑式梯级蓄热供热系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于闭式重力热管的紧凑式梯级蓄热供热系统及方法，供热系统包括高温蓄热模块、过渡蓄热换热模块、传动热开关结构、供热输出模块、加热控制系统。本发明将高温显热蓄热体与中低温相变蓄热体进行级联，既提供了高储能密度，保证了持续稳定的输出功率，又能利用高温显热蓄热体的高导热性实现热量快速储存和输出。本发明使用具有极高换热系数的闭式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，并且通过改变热管位置实现级间传热功率的调节。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
技术领域
本发明涉及一种基于闭式重力热管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
能源的生产与需求在时间、空间上存在差异，故能源的有效利用离不开高效的储能。近些年来，储能技术在政府和市场的支持下飞速发展，储能调峰的理念也越来越深入人心。储热作为储能的重要方式，也有着广阔的发展前景。
储热技术目前主要有显热蓄热、相变蓄热和化学蓄热三种。显热储热技术利用材料温度变化储热，最为简单成熟，但输出功率会随着蓄热体温度的变化而产生较大波动，换热过程不稳定。潜热储热又称为相变储热，利用材料相变潜热储热。在相变过程中，材料处于恒温或在很窄温度范围内变化，输出功率稳定且具有较大储能密度，是目前研究的热点。化学能储热单位体积储热量大，且可长期储存，但由于技术较为复杂、成本高、安全性要求高，在工业中的应用有限。
对于显热蓄热系统，如何保证系统在加热和放热过程中的均温性是需解决的关键问题。在已有的研究中，通过切换不同温区段的管路换热面积来减缓温度波动是常用手段，中国专利ZL 201610318705.7和ZL 201610323747.X便在此基础上提出并联和串联管路的方式。但此方法并不能使输出温度曲线足够平缓，操作难度大，且导致系统复杂、可靠性低。另一种改进显热蓄热的方式是在显热材料中加入相变材料，将潜热材料与显热材料相结合，如相变材料微胶囊材料(专利US005709945A)；有机物/膨胀石墨复合相变储热材料(专利CN100999657A)，无机盐复合陶瓷基材料(专利CN1328107A)等。但由于自身性质及储热器结构等限制，现有的显热-潜热复合储热材料具有使用温度不高、长期使用稳定性差、制备工艺复杂等不足。
对于潜热蓄热系统，改善系统的导热性能、抗腐蚀性等也是亟需突破的要点。为改善充放热效果，一种解决方案是构建多级串联蓄热系统，如填充有不同相变温度材料的多级串联相变蓄热器(专利CN203518746U)，以及n个蓄热单元组成的高温梯级相变蓄热装置(专利CN110081753A)。此方案能提高相变材料的吸放热速率，但是级间的传热效率较低，长时间运行泵工消耗大，且系统结构复杂。
对于蓄热供热系统，单位体积储能密度越高，放热过程越稳定，各级传热效率越高，系统的经济性越好。凭借显热储热和相变储热材料，高储能密度和稳定供热的梯级蓄热已有了物质基础。而热管技术充分利用了热传导原理与相变介质的快速传热性质，导热系数极高。同时，使用闭式重力热管来进行储热材料的连接，无需泵工，可大大提高经济性。在以上技术的基础上，即可设计一款高储能密度，放热温度、输出功率稳定且结构紧凑的蓄热系统。
发明内容
本发明的目的是克服现有复合储热材料使用温度不稳定、输出功率变化大、充放热过程效率较低等不足，提供一种基于闭式重力热管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：
一种基于闭式重力热管的紧凑式梯级蓄热供热系统，其包括高温蓄热模块、过渡蓄热换热模块、传动热开关结构、供热输出模块和加热控制模块；
高温蓄热模块包括高温蓄热本体、高温蓄热体保温层、高温加热安装孔和高温换热安装孔；高温蓄热本体的外部包覆有高温蓄热体保温层，构成高温蓄热模块；高温蓄热本体内开设有互不干涉的高温加热安装孔和高温换热安装孔，高温加热安装孔贯通高温蓄热模块，高温换热安装孔深入高温蓄热本体内部；
过渡蓄热换热模块包括中低温蓄热换热安装孔、中低温相变蓄热本体、中低温蓄热体保温层、供热换热安装孔、闭式重力热管和梯级蓄热隔热层；传动热开关结构包括带轮、内螺纹套筒和外螺纹钢管；中低温相变蓄热本体的外部包覆有中低温蓄热体保温层，构成中低温蓄热模块；中低温蓄热模块放置于梯级蓄热隔热层上，梯级蓄热隔热层紧贴高温蓄热模块顶部布置；中低温相变蓄热本体内开设有互不干涉的中低温蓄热换热安装孔和供热换热安装孔，中低温蓄热换热安装孔和供热换热安装孔均为贯通中低温蓄热模块的通孔，中低温蓄热换热安装孔为竖直的通孔；闭式重力热管插入中低温蓄热换热安装孔内，并能沿中低温蓄热换热安装孔上下移动；闭式重力热管的蒸发段能够穿过梯级蓄热隔热层伸入高温换热安装孔中，闭式重力热管与高温换热安装孔过盈配合；闭式重力热管的上端与外螺纹钢管的底部相连接，外螺纹钢管的上端套设有内螺纹套筒，外螺纹钢管与内螺纹套筒构成螺纹配合；内螺纹套筒的外部固定有带轮，带轮和内螺纹套筒的高度保持固定；
供热输出模块包括供热换热管、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，供热管路和供热换热管共同构成循环回路；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、中低温蓄热温度传感器、供热控制阀和传动热开关电动机；高温蓄热温度传感器、中低温蓄热温度传感器、供热控制阀和传动热开关电动机分别通过线路与数据采集器相连；
供热输出模块的供热换热管安装在供热换热安装孔内，加热控制模块的高温加热系统安装在高温加热安装孔内；高温蓄热温度传感器和中低温蓄热温度传感器分别安装在高温蓄热本体和低温蓄热本体上，分别用于实时监测高温蓄热本体和低温蓄热本体的温度；加热控制模块的传动热开关电动机能够通过带轮带动内螺纹套筒相对于外螺纹钢管转动，实现闭式重力热管的升降；加热控制模块的供热控制阀安装在供热输出管路上，用于控制管路开闭。
作为优选，所述闭式重力热管内填充有循环传热介质，循环传热介质包括但不限于水、酒精、丙酮溶液、甲醇溶液和液态金属及其合金。
作为优选，所述闭式重力热管的管壳材料包括但不限于低碳钢、碳钢、不锈钢、铜和铝。
作为优选，所述闭式重力热管与外螺纹钢管的连接方式包括但不限于焊接，内螺纹套筒与带轮的连接方式包括但不限于键连接。
作为优选，所述闭式重力热管为多个，传动热开关结构均由传动热开关电动机控制，通过传动热开关电动机的作用可实现一个或多个闭式重力热管的同步或不同步升降。
作为优选，所述高温加热系统采用电加热、烟气加热和高温流体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。
本发明的另一目的在于提供一种基于上述任一所述的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，通过高温蓄热温度传感器实时监测高温蓄热本体温度变化；当高温蓄热本体的温度升至预设最高温度时，停止高温加热系统；开启传动热开关电动机，通过传动热开关结构将闭式重力热管降至高温蓄热本体的额定深度处；通过闭式重力热管加热中低温相变蓄热本体，同时利用中低温蓄热温度传感器实时监测中低温相变蓄热本体的温度变化，当中低温相变蓄热本体的温度升至预设最高温度时，开启供热控制阀，通过供热输出管路给用热设备供热；
开启供热控制阀后，继续分别通过高温蓄热温度传感器和中低温蓄热温度传感器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，同时通过热量计监测供热输出管路的功率；数据采集器在采集温度变化和功率数据后进行反馈，借助传动热开关电动机控制传动热开关结构实现闭式重力热管的升降，即可实现供热系统的自反馈智能调节，具体如下：当中低温相变蓄热本体的温度低于预设供热温度且继续降低或者供热输出管路的功率低于用热设备的需求功率时，通过传动热开关结构降低闭式重力热管，增加闭式重力热管在高温蓄热本体中的换热长度；当中低温相变蓄热本体的温度超过预设供热温度且继续升高或者供热输出管路的功率高于用热设备的需求功率时，通过传动热开关结构提升闭式重力热管，减少闭式重力热管在高温蓄热本体中的换热长度；通过供热系统的自反馈智能调节，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，控制传动热开关电动机通过传动热开关结构提升闭式重力热管使其脱离高温蓄热本体，同时关闭供热循环泵和供热控制阀，供热过程结束。
与现有技术相比，本发明的主要创新和特色在于：
1)本发明通过潜热储热技术与显热储热技术的同时，结合了高温显热蓄热储能密度高、相变蓄热换热温度恒定的特点，通过自主设计的供热系统将高温蓄热本体与中低温相变蓄热本体进行级联；既保证了较高储能密度，又实现了持续稳定的输出，有效克服了高温显热蓄热换热器温降导致的管路复杂以及相变蓄热器储能密度不高的问题；
2)本发明提出采用闭式重力热管作为高温蓄热本体与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，大大精简了系统设计，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；
3)本发明通过传动热开关结构控制闭式重力热管升降，可改变处于工作状态的热管数量或改变闭式重力热管蒸发段在高温蓄热本体中的换热长度及面积，进而实现了工作过程中换热功率的调节，有较强的自反馈调节性能，提高了供热系统的可控性，拓展了供热系统在实际中的应用。
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过渡蓄热换热模块与传动热开关结构组配示意图；
图4为本发明其中一种技术方案中的供热输出模块示意图；
其中，高温蓄热模块1，过渡蓄热换热模块2，传动热开关结构3，供热输出模块4，加热控制模块5，高温蓄热本体11，高温蓄热体保温层12，高温加热安装孔13，高温换热安装孔14，中低温蓄热换热安装孔21，中低温相变蓄热本体22，中低温蓄热体保温层23，供热换热安装孔24，闭式重力热管25，梯级蓄热隔热层26，带轮31，内螺纹套筒32，外螺纹钢管33，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，中低温蓄热温度传感器53，供热控制阀54，传动热开关电动机55。
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，本发明提供了一种基于闭式重力热管的紧凑式梯级蓄热供热系统，该供热系统包括：高温蓄热模块1、过渡蓄热换热模块2、传动热开关结构3、供热输出模块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、高温加热安装孔13和高温换热安装孔14。高温蓄热本体11的外部包覆有高温蓄热体保温层12，构成高温蓄热模块。高温蓄热本体11内开设有互不干涉的高温加热安装孔13和高温换热安装孔14，高温加热安装孔13贯通高温蓄热模块，高温换热安装孔14深入高温蓄热本体11内部。
如图3所示，过渡蓄热换热模块2包括中低温蓄热换热安装孔21、中低温相变蓄热本体22、中低温蓄热体保温层23、供热换热安装孔24、闭式重力热管25和梯级蓄热隔热层26。传动热开关结构3包括带轮31、内螺纹套筒32和外螺纹钢管33。中低温相变蓄热本体22的外部包覆有中低温蓄热体保温层23，构成中低温蓄热模块。中低温蓄热模块放置于梯级蓄热隔热层26上，梯级蓄热隔热层26紧贴高温蓄热模块1顶部布置，也就是说，由下到上依次为高温蓄热模块1、梯级蓄热隔热层26和中低温蓄热模块。中低温相变蓄热本体22内开设有互不干涉的中低温蓄热换热安装孔21和供热换热安装孔24，中低温蓄热换热安装孔21和供热换热安装孔24均为贯通中低温蓄热模块的通孔，中低温蓄热换热安装孔21为竖直的通孔。闭式重力热管25插入中低温蓄热换热安装孔21内，并能沿中低温蓄热换热安装孔21上下移动。闭式重力热管25底部的蒸发段能够穿过梯级蓄热隔热层26伸入高温换热安装孔14中，闭式重力热管25与高温换热安装孔14过盈配合，以保证闭式重力热管25与高温蓄热本体11能够充分进行热交换。闭式重力热管25的上端与外螺纹钢管33的底部相连接，外螺纹钢管33的上端套设有内螺纹套筒32。外螺纹钢管33与内螺纹套筒32构成螺纹配合，外螺纹钢管33与内螺纹套筒32之间的配合关系可以设置为满足自锁性的要求，以防止外螺纹钢管33与内螺纹套筒32之间脱落。内螺纹套筒32的外部固定有带轮31，带轮31和内螺纹套筒32的高度保持固定。
如图4所示，供热输出模块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，供热管路43和供热换热管41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、中低温蓄热温度传感器53、供热控制阀54和传动热开关电动机55。高温蓄热温度传感器52、中低温蓄热温度传感器53、供热控制阀54和传动热开关电动机55分别通过线路与数据采集器50相连。
过渡蓄热换热模块2通过闭式重力热管25过盈连接在高温换热安装孔13与高温蓄热模块1相连。供热输出模块4的供热换热管41安装在供热换热安装孔24内，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13内。高温蓄热温度传感器52安装在高温蓄热本体11上，用于实时监测高温蓄热本体11的温度。中低温蓄热温度传感器53安装在中低温蓄热本体22上，用于实时监测低温蓄热本体22的温度。加热控制模块5的传动热开关电动机55能够通过带轮31带动内螺纹套筒32相对于外螺纹钢管33转动，实现闭式重力热管25的升降。加热控制模块5的供热控制阀54安装在供热输出管路43上，用于控制管路开闭。
在本实施例中，闭式重力热管25内部填充有循环传热介质，该循环传热介质包括但不限于水、酒精、丙酮溶液、甲醇溶液和液态金属及其合金。闭式重力热管25的管壳材料包括但不限于低碳钢、碳钢、不锈钢、铜、铝。闭式重力热管25与外螺纹钢管33的连接方式包括但不限于焊接。外螺纹钢管33、内螺纹套筒32、带轮31依次内外连接。外螺纹钢管33与内螺纹套筒32的螺纹连接需满足自锁性要求。内螺纹套筒32与带轮31的连接方式包括但不限于键连接。闭式重力热管(25)为多个，传动热开关结构3均由传动热开关电动机55控制，通过传动热开关电动机(55)的作用可实现一个或多个条闭式重力热管25的同步或不同步升降。高温加热系统51采用电加热、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22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22的2倍以上。
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，通过高温蓄热温度传感器52实时监测高温蓄热本体11的温度变化。当高温蓄热本体11的温度升至预设最高温度时，停止高温加热系统51。开启传动热开关电动机55，通过传动热开关结构3将闭式重力热管25降至高温蓄热本体11额定深度处，通过闭式重力热管25加热中低温相变蓄热本体22，同时利用中低温蓄热温度传感器53实时监测中低温相变蓄热本体22的温度变化。当中低温相变蓄热本体22的温度升至预设最高温度时，开启供热控制阀54，通过供热输出管路43给用热设备44供热。
开启供热控制阀54后，继续分别通过高温蓄热温度传感器52和中低温蓄热温度传感器53实时监测高温蓄热本体11和中低温相变蓄热本体22的温度变化，同时通过热量计45监测供热输出管路43功率。在数据采集器50采集温度、功率数据后进行反馈，借助传动热开关电动机55控制传动热开关结构3实现闭式重力热管25的升降，即可实现供热系统的自反馈智能调节，具体如下：当中低温相变蓄热本体22的温度低于预设供热温度且继续降低或者供热输出管路43功率低于用热设备44的需求功率时，通过传动热开关结构3降低闭式重力热管25，增加热管蒸发段在高温蓄热本体11中的换热长度(面积)；当中低温相变蓄热本体22的温度超过预设供热温度且继续升高或者供热输出管路43功率高于用热设备44的需求功率时，通过传动热开关结构3提升闭式重力热管25，减少热管蒸发段在高温蓄热本体11中的换热长度(面积)；重复上述过程，通过供热系统的自反馈智能调节，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，控制传动热开关电动机55通过传动热开关结构3提升闭式重力热管25使其脱离高温蓄热本体11，同时关闭供热输出循环泵42、供热控制阀54，该梯级蓄热供热过程结束。
其中，的中低温相变蓄热本体22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可将发电厂的发电产热、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通过闭式重力热管25给中低温相变蓄热本体22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)
1.一种闭式重力热管的紧凑式梯级蓄热供热系统的供热方法，其特征在于，所述闭式重力热管的紧凑式梯级蓄热供热系统包括高温蓄热模块（1）、过渡蓄热换热模块（2）、传动热开关结构（3）、供热输出模块（4）和加热控制模块（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）、高温加热安装孔（13）和高温换热安装孔（14）；高温蓄热本体（11）的外部包覆有高温蓄热体保温层（12），构成高温蓄热模块；高温蓄热本体（11）内开设有互不干涉的高温加热安装孔（13）和高温换热安装孔（14），高温加热安装孔（13）贯通高温蓄热模块，高温换热安装孔（14）深入高温蓄热本体（11）内部；
过渡蓄热换热模块（2）包括中低温蓄热换热安装孔（21）、中低温相变蓄热本体（22）、中低温蓄热体保温层（23）、供热换热安装孔（24）、闭式重力热管（25）和梯级蓄热隔热层（26）；传动热开关结构（3）包括带轮（31）、内螺纹套筒（32）和外螺纹钢管（33）；中低温相变蓄热本体（22）的外部包覆有中低温蓄热体保温层（23），构成中低温蓄热模块；中低温蓄热模块放置于梯级蓄热隔热层（26）上，梯级蓄热隔热层（26）紧贴高温蓄热模块（1）顶部布置；中低温相变蓄热本体（22）内开设有互不干涉的中低温蓄热换热安装孔（21）和供热换热安装孔（24），中低温蓄热换热安装孔（21）和供热换热安装孔（24）均为贯通中低温蓄热模块的通孔，中低温蓄热换热安装孔（21）为竖直的通孔；闭式重力热管（25）插入中低温蓄热换热安装孔（21）内，并能沿中低温蓄热换热安装孔（21）上下移动；闭式重力热管（25）的蒸发段能够穿过梯级蓄热隔热层（26）伸入高温换热安装孔（14）中，闭式重力热管（25）与高温换热安装孔（14）过盈配合；闭式重力热管（25）的上端与外螺纹钢管（33）的底部相连接，外螺纹钢管（33）的上端套设有内螺纹套筒（32），外螺纹钢管（33）与内螺纹套筒（32）构成螺纹配合；内螺纹套筒（32）的外部固定有带轮（31），带轮（31）和内螺纹套筒（32）的高度保持固定；
供热输出模块（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，供热管路（43）和供热换热管（41）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）、中低温蓄热温度传感器（53）、供热控制阀（54）和传动热开关电动机（55）；高温蓄热温度传感器（52）、中低温蓄热温度传感器（53）、供热控制阀（54）和传动热开关电动机（55）分别通过线路与数据采集器（50）相连；
供热输出模块（4）的供热换热管（41）安装在供热换热安装孔（24）内，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（13）内；高温蓄热温度传感器（52）和中低温蓄热温度传感器（53）分别安装在高温蓄热本体（11）和低温蓄热本体（22）上，分别用于实时监测高温蓄热本体（11）和低温蓄热本体（22）的温度；加热控制模块（5）的传动热开关电动机（55）能够通过带轮（31）带动内螺纹套筒（32）相对于外螺纹钢管（33）转动，实现闭式重力热管（25）的升降；加热控制模块（5）的供热控制阀（54）安装在供热输出管路（43）上，用于控制管路开闭；
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），通过高温蓄热温度传感器（52）实时监测高温蓄热本体（11）温度变化；当高温蓄热本体（11）的温度升至预设最高温度时，停止高温加热系统（51）；开启传动热开关电动机（55），通过传动热开关结构（3）将闭式重力热管（25）降至高温蓄热本体（11）的额定深度处；通过闭式重力热管（25）加热中低温相变蓄热本体（22），同时利用中低温蓄热温度传感器（53）实时监测中低温相变蓄热本体（22）的温度变化，当中低温相变蓄热本体（22）的温度升至预设最高温度时，开启供热控制阀（54），通过供热输出管路（43）给用热设备（44）供热；
开启供热控制阀（54）后，继续分别通过高温蓄热温度传感器（52）和中低温蓄热温度传感器（53）实时监测高温蓄热本体（11）和中低温相变蓄热本体（22）的温度变化，同时通过热量计（45）监测供热输出管路（43）的功率；数据采集器（50）在采集温度变化和功率数据后进行反馈，借助传动热开关电动机（55）控制传动热开关结构（3）实现闭式重力热管（25）的升降，即可实现供热系统的自反馈智能调节，具体如下：当中低温相变蓄热本体（22）的温度低于预设供热温度且继续降低或者供热输出管路（43）的功率低于用热设备（44）的需求功率时，通过传动热开关结构（3）降低闭式重力热管（25），增加闭式重力热管（25）在高温蓄热本体（11）中的换热长度；当中低温相变蓄热本体（22）的温度超过预设供热温度且继续升高或者供热输出管路（43）的功率高于用热设备（44）的需求功率时，通过传动热开关结构（3）提升闭式重力热管（25），减少闭式重力热管（25）在高温蓄热本体（11）中的换热长度；通过供热系统的自反馈智能调节，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，控制传动热开关电动机（55）通过传动热开关结构（3）提升闭式重力热管（25）使其脱离高温蓄热本体（11），同时关闭供热循环泵（42）和供热控制阀（54），供热过程结束。
2.根据权利要求1所述的闭式重力热管的紧凑式梯级蓄热供热系统的供热方法，其特征在于所述闭式重力热管（25）内填充有循环传热介质，循环传热介质包括但不限于水、酒精、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所述的闭式重力热管的紧凑式梯级蓄热供热系统的供热方法，其特征在于所述闭式重力热管（25）的管壳材料包括但不限于低碳钢、碳钢、不锈钢、铜和铝。
4.根据权利要求1所述的闭式重力热管的紧凑式梯级蓄热供热系统的供热方法，其特征在于所述闭式重力热管（25）与外螺纹钢管（33）的连接方式包括但不限于焊接，内螺纹套筒（32）与带轮（31）的连接方式包括但不限于键连接。
5.根据权利要求1所述的闭式重力热管的紧凑式梯级蓄热供热系统的供热方法，其特征在于所述闭式重力热管（25）为多个，传动热开关结构（3）均由传动热开关电动机（55）控制，通过传动热开关电动机（55）的作用可实现一个或多个闭式重力热管（25）的同步或不同步升降。
6.根据权利要求1所述的闭式重力热管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）采用电加热、烟气加热和高温流体加热中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的闭式重力热管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。
8.根据权利要求1所述的闭式重力热管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（22）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。
9.根据权利要求1所述的闭式重力热管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（22）的2倍以上。
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| CN1504716A (zh) * | 2002-12-02 | 2004-06-16 | 广东工业大学 | 金属与熔盐储能式供热装置 |
| CN101539123A (zh) * | 2008-03-19 | 2009-09-23 | 中国科学院工程热物理研究所 | 槽塔结合的双级蓄热太阳能热发电系统 |
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