CN112857121A - 有热量回收及转换功能的储能装置及储能方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带有热量回收及转换功能的储能装置，属于能源回收技术领域。本发明包括废热进管、储能模组和换能模组，储能模组包括储能罐，换能模组包括换能罐，储能罐内部由外到内依次设置有保温层、二次换热腔和储水腔，储水腔内部固定安装有一组电热棒，储能罐周侧面分别固定安装有空气滤清组件、蓄电池和泵体，蓄电池供电口的一端通过导线与电热棒电连接，储能罐周侧面分别固定安装有二级热风进管、二级热风排管、进液管和排液管。本发明通过储能模组和换能模组的设计，使该装置能够高效实现锅炉烟气的废热回收及再利用过程，工作时，储能模组和换能模组通过多级换热结构能够将废热中的热量转换为热水能和电能。

Description

有热量回收及转换功能的储能装置及储能方法

技术领域

本发明属于能源回收技术领域，具体涉及一种带有热量回收及转换功能的储能装置。

背景技术

锅炉中产生的热水或蒸汽可直接为工业生产和人民生活提供所需热能，也可通过蒸汽动力装置转换为机械能，或再通过发电机将机械能转换为电能。

常见的锅炉在运转时需要用到煤炭作为燃料，然而煤炭燃烧所产生的烟气，往往任由其排放到大气环境中，对环境造成难以估计的污染，并且因为燃烧后产生的烟气自身具有很大的热量，直接排放会导致热能资源的白白浪费，因此需要设计一种锅炉热量回收装置来解决此类问题，虽然市场上目前已经出现了一些针对锅炉余热的回收设备面，但现有的设备普遍存在转换效率低的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种带有热量回收及转换功能的储能装置，通过储能模组和换能模组的设计，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种带有热量回收及转换功能的储能装置，包括废热进管、储能模组和换能模组，所述储能模组包括储能罐，所述换能模组包括换能罐，所述储能罐内部由外到内依次设置有保温层、二次换热腔和储水腔，所述储水腔内部固定安装有一组电热棒，所述储能罐周侧面分别固定安装有空气滤清组件、蓄电池和泵体，所述蓄电池供电口的一端通过导线与电热棒电连接，所述储能罐周侧面分别固定安装有二级热风进管、二级热风排管、进液管和排液管，所述二级热风进管和二级热风排管一端均与二次换热腔固定连通，所述空气滤清组件出风口的一端与二级热风进管固定连通，所述进液管和排液管一端均与储水腔固定连通，所述二次换热腔内壁固定安装有一组呈线性阵列分布的阻风环a和阻风环b，所述排液管出液口的一端固定连通有送液管，所述泵体进液口的一端固定连通有回液管，所述泵体出液口的一端通过管道与进液管固定连通；

所述换能罐内部由外到内依次设置有冷却腔、温差发电层和一次换热腔，所述换能罐周侧面分别固定安装有一级热风进管、一级热风排管、冷水进管和换热水排管，所述一级热风进管和一级热风排管一端均与一次换热腔固定连通，所述冷水进管和换热水排管一端均与冷却腔固定连通，所述换能罐周侧面固定设置有两供电端口，两所述供电端口一端均通过导线与蓄电池电连接，所述一级热风排管出风口的一端与空气滤清组件固定连通，所述废热进管进风口的一端与一级热风进管固定连通，所述二级热风排管出风口的一端与废热进管固定连通，所述换热水排管出水口的一端与回液管固定连通，所述冷却腔内部固定设置有一组呈线性阵列分布的阻液环a和阻液环b；

所述换能罐内壁通过轴承转动连接有换热轴管，所述换热轴管两端通过连接件分别与送液管和回液管转动连通，所述换热轴管周侧面固定连接有螺旋换热叶片，所述螺旋换热叶片周侧面与换能罐相贴合，所述螺旋换热叶片内部固定开设有换热分腔，所述换热分腔内壁与换热轴管固定连通，所述换能罐周侧面固定连接有驱动电机，所述驱动电机输出轴的一端通过锥齿轮与换热轴管传动连接。

方案中需要说明的是：

主温度传感器、主液位传感器、中控面板和温度辅助传感器为现有技术的常用部件，采用的型号等均可根据实际使用需求定制；

作为一种优选的实施方式，所述储能罐周侧面分别固定安装有主温度传感器和主液位传感器，所述主温度传感器和主液位传感器监测端均延伸至储水腔内部。

作为一种优选的实施方式，所述换热水排管出水口的一端和冷水进管周侧面均固定安装有阀门b，所述换热水排管和冷水进管分别设置于换能罐两侧。

作为一种优选的实施方式，所述二级热风排管和废风排管出风口的一端及废热进管进风口的一端均固定安装有阀门a，所述二级热风排管出风口的一端及废热进管进风口的一端均固定安装有温度辅助传感器，所述送液管周侧面固定安装有取液管，所述取液管周侧面固定安装有取液阀。

作为一种优选的实施方式，所述换热轴管为两端开口的中空管状结构，所述一次换热腔的形状与螺旋换热叶片的形状适配，所述换热轴管周侧面固定安装有与驱动电机配合的从动锥齿轮。

作为一种优选的实施方式，所述温差发电层内部均布有温差发电片，所述储能模组设置于换能模组正上方，所述阻液环a和阻液环b在冷却腔内部呈两两间隔设置，所述阻风环a和阻风环b在二次换热腔内部两两间隔分布，所述阻液环a和阻液环b相对表面之间及阻风环a和阻风环b相对表面之间均设置有流缝，所述阻液环a和阻液环b周侧面均均布有换热鳍片。

作为一种优选的实施方式，所述空气滤清组件包括滤箱，所述滤箱前侧设置有进风口后侧设置有出风口，所述滤箱进风口的一端与一级热风排管固定连通，所述滤箱出风口的一端与二级热风进管固定连通，所述滤箱顶面卡接有拆板，所述拆板底面由前至后分别固定安装有滤板和金属膜滤芯。

作为一种优选的实施方式，所述储能罐表面固定设置有中控面板，所述中控面板内置控制器，所述中控面板表面分别固定设置有显示屏和中控按键。

与现有技术相比，本发明提供的一种带有热量回收及转换功能的储能装置，至少包括如下有益效果：

（1）本发明通过储能模组和换能模组的设计，使该装置能够高效实现锅炉烟气的废热回收及再利用过程，工作时，储能模组和换能模组通过多级换热结构能够将废热中的热量转换为热水能和电能，且电能转换后，又能够辅助提高热水能内部的能量，继而达到多级和多层转换效果，通过多级和多层转换效果的实现，从而有效提高本装置对废热的回收效果及对废热的利用和转换率。

（2）本发明通过二级热风排管与废热进管的连通设置，可适时实现废热的多次和循环换热，继而延长本装置对废热的利用率，通过阻液环a和阻液环b的设置的可有效降低冷却液的流速，继而延长冷却液与一级换热腔的换热时间，通过换热时间的延长，继而提高本装置的能量转换效果，通过换热分腔的螺旋状结构设计，则能够有效提高本装置的可换热表面积。

附图说明

图1为一种带有热量回收及转换功能的储能装置的结构示意图；

图2为图1的正视结构示意图；

图3为图1另一角度的结构示意图；

图4为图3中A处的局部放大结构示意图；

图5为图3中B处的局部放大结构示意图；

图6为换能模组的结构示意图；

图7为图6中C处的局部放大结构示意图；

图8为储能模组的结构示意图。

图中：1、废热进管；2、储能模组；3、换能模组；4、储能罐；5、换能罐；6、保温层；7、二次换热腔；8、储水腔；9、电热棒；10、空气滤清组件；11、蓄电池；12、泵体；13、二级热风进管；14、二级热风排管；15、进液管；16、排液管；17、阻风环a；18、阻风环b；19、送液管；20、回液管；21、冷却腔；22、温差发电层；23、一次换热腔；24、一级热风进管；25、一级热风排管；26、冷水进管；27、换热水排管；28、供电端口；29、阻液环a；30、阻液环b；31、换热轴管；32、螺旋换热叶片；33、换热分腔；34、驱动电机；35、主温度传感器；36、主液位传感器；37、阀门b；38、阀门a；39、温度辅助传感器；40、取液管；41、废风排管。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的描述。

以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的保护范围。实施例中的条件可以根据具体条件做进一步的调整，在本发明的构思前提下对本发明的方法简单改进都属于本发明要求保护的范围。

请参阅图1-8，本发明提供一种带有热量回收及转换功能的储能装置，包括废热进管1、储能模组2和换能模组3，储能模组2包括储能罐4，换能模组3包括换能罐5；储能罐4内部由外到内依次设置有保温层6、二次换热腔7和储水腔8，保温层6内部固定填充有保温材料，保温层6设置的作用在于降低储能罐4的热损失率；

储水腔8内部固定安装有一组电热棒9，使用时，电热棒9搭配有控温电路或控温电阻，通过控温电路或控温电阻的设置，从而使电热棒9的可加热温度维持在设定范围内，储能罐4周侧面分别固定安装有空气滤清组件10、蓄电池11和泵体12，空气滤清组件10设置的作用在于对废热中的杂质进行过滤，通过过滤，以降低储能模组2内部的结垢率，蓄电池11设置的作用在于对温差发电层22所产生得到电能进行存储，蓄电池11为可充电式蓄电池11，使用时，蓄电池11适时为电热棒9供电；

蓄电池11供电口的一端通过导线与电热棒9电连接，储能罐4周侧面分别固定安装有二级热风进管13、二级热风排管14、进液管15和排液管16，二级热风进管13和二级热风排管14一端均与二次换热腔7固定连通，空气滤清组件10出风口的一端与二级热风进管13固定连通，进液管15和排液管16一端均与储水腔8固定连通，二次换热腔7内壁固定安装有一组呈线性阵列分布的阻风环a17和阻风环b18，阻风环a17和阻风环b18设置的作用在于降低换热风的流速，通过换热风流速的降低，以延长热风与储水腔8的可换热时间，继而最终提高本装置的换热效率和换热效果；

排液管16出液口的一端固定连通有送液管19，泵体12进液口的一端固定连通有回液管20，泵体12出液口的一端通过管道与进液管15固定连通；

换能罐5内部由外到内依次设置有冷却腔21、温差发电层22和一次换热腔23，冷却腔21工作时保持为低温，一次换热腔23中则保持为高温，进而提高温差发电层22的双面温差度，从而提高温差发电层22的发电效率和能源转换率；

换能罐5周侧面分别固定安装有一级热风进管24、一级热风排管25、冷水进管26和换热水排管27，一级热风进管24和一级热风排管25一端均与一次换热腔23固定连通，冷水进管26和换热水排管27一端均与冷却腔21固定连通，换能罐5周侧面固定设置有两供电端口28，两供电端口28一端均通过导线与蓄电池11电连接，一级热风排管25出风口的一端与空气滤清组件10固定连通，废热进管1进风口的一端与一级热风进管24固定连通，二级热风排管14出风口的一端与废热进管1固定连通，通过二级热风排管14与废热进管1的连通设置，可适时实现废热的多次和循环换热，继而延长本装置对废热的利用率；

换热水排管27出水口的一端与回液管20固定连通，冷却腔21内部固定设置有一组呈线性阵列分布的阻液环a29和阻液环b30，阻液环a29和阻液环b30设置的作用在于降低冷却液的流速，继而延长冷却液与一级换热腔的换热时间，通过换热时间的延长，继而提高本装置的能量转换效果；

换能罐5内壁通过轴承转动连接有换热轴管31，换热轴管31两端通过连接件分别与送液管19和回液管20转动连通，换热轴管31周侧面固定连接有螺旋换热叶片32，螺旋换热叶片32周侧面与换能罐5相贴合，螺旋换热叶片32内部固定开设有换热分腔33，换热分腔33内壁与换热轴管31固定连通，换能罐5周侧面固定连接有驱动电机34，驱动电机34输出轴的一端通过锥齿轮与换热轴管31传动连接，使用时，通过对驱动电机34输出方向的控制，使螺旋换热叶片32的推动方向与风向相反，继而延长螺旋换热叶片32与热风的可换热时间。

方案中需要说明的是：

主温度传感器35、主液位传感器36、中控面板和温度辅助传感器39为现有技术的常用部件，采用的型号等均可根据实际使用需求定制；

储能罐4周侧面分别固定安装有主温度传感器35和主液位传感器36，主温度传感器35和主液位传感器36监测端均延伸至储水腔8内部，主温度传感器35和主液位传感器36设置的作用在于对储水腔8内部的温度数据和液位数据进行实时监测。

换热水排管27出水口的一端和冷水进管26周侧面均固定安装有阀门b37，换热水排管27和冷水进管26分别设置于换能罐5两侧。

二级热风排管14和废风排管41出风口的一端及废热进管1进风口的一端均固定安装有阀门a38，二级热风排管14出风口的一端及废热进管1进风口的一端均固定安装有温度辅助传感器39，送液管19周侧面固定安装有取液管40，取液管40周侧面固定安装有取液阀，取液管40使用时与外部热水使用设备连通。

换热轴管31为两端开口的中空管状结构，一次换热腔23的形状与螺旋换热叶片32的形状适配，换热轴管31周侧面固定安装有与驱动电机34配合的从动锥齿轮。

温差发电层22内部均布有温差发电片，温差发电片的发电原理为现有原理，此处不再赘述，储能模组2设置于换能模组3正上方，阻液环a29和阻液环b30在冷却腔21内部呈两两间隔设置，阻风环a17和阻风环b18在二次换热腔7内部呈两两间隔分布，阻液环a29和阻液环b30相对表面之间及阻风环a17和阻风环b18相对表面之间均设置有流缝，阻液环a29和阻液环b30周侧面均均布有换热鳍片，换热鳍片设置的作用在于增加本装置的可换热表面积。

空气滤清组件10包括滤箱，滤箱前侧设置有进风口后侧设置有出风口，滤箱进风口的一端与一级热风排管25固定连通，滤箱出风口的一端与二级热风进管13固定连通，滤箱顶面卡接有拆板，拆板底面由前至后分别固定安装有滤板和金属膜滤芯，通过拆板，从而能够将滤板和金属膜滤芯快速取出，取出后，继而能够快速进行滤板和金属膜滤芯的维护作业。

储能罐4表面固定设置有中控面板，中控面板内置控制器，中控面板表面分别固定设置有显示屏和中控按键。

使用前，将该装置如图1所示状态组装为一体，电热棒9同时与外部电源电连接，使用时，废热进管1与外部废热发生设备连通，取液管40与外部热水使用设备连通，冷水进管26与外部冷却水送入管道连通，使用前，储能罐4中存储入设定量的冷却液，当废热进管1无废热进入时，排液管16处的阀门关闭而取样管可进行取样作业，储能罐4中的电热棒9首先用尽蓄电池11的电量，当蓄电池11中无电时，电热棒9以外供电模式进行储水腔8内部热水的加热作业，当需要进液时，泵体12工作；

当废热进管1有热风进入且废热的温度高于储水腔8中的水温时，该装置以内循环方式进行储水腔8的换热作业，废热首先由废热进管1进入一级热风进管24，废热进入后继而进入一次换热腔23中，废热进入一次换热腔23后继而与螺旋换热叶片32进行换热作业，换热后的热气经由一级热风排管25排出，热风经由一级热风排管25排出后，继而进入空气滤清组件10中，空气滤清组件10对废热中的杂质进行多重过滤，过滤后的废热继而经由二级热风进管13进入二次换热腔7中，废热进入二次换热腔7后，继而与储水腔8中的热水进行二次换热，当二次换热后的温度数据依然高于储水腔8中的水温时，二次换热后的温度重新回流至废热进管1，继而进行废热的循环利用，当二次换热后的热风温度数据低于储水腔8中的水温数据时，二次换热后的热风经由废风排管41直接排出，储水腔8中的水在重力作用下进入换热轴管31，进入换热轴管31的水继而进入换热分腔33中，进入换热分腔33的水进而与热风进行一次换热，一次换热后的水在泵体12的作用下回流至储水腔8中继而与热风进行二次换热，且工作时，当储水腔8中需要进行补液时，在上述水循环的过程中，冷水进管26进液，并实现温差发电层22的发电作业，温差发电层22产生的电能存储于蓄电池11中，当不需要进液时，冷水进管26封闭，温差发电层22处于待机模式，存储入蓄电池11的电量可适时为电热棒9进行供电作业。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种带有热量回收及转换功能的储能装置，包括废热进管（1）（1）（1）、储能模组（2）和换能模组（3），所述储能模组（2）包括储能罐（4），所述换能模组（3）包括换能罐（5），其特征在于：

所述储能罐（4）内部由外到内依次设置有保温层（6）、二次换热腔（7）和储水腔（8），所述储水腔（8）内部固定安装有一组电热棒（9），所述储能罐（4）周侧面分别固定安装有空气滤清组件（10）、蓄电池（11）和泵体（12），所述蓄电池（11）供电口的一端通过导线与电热棒（9）电连接，所述储能罐（4）周侧面分别固定安装有二级热风进管（13）、二级热风排管（14）、进液管（15）和排液管（16），所述二级热风进管（13）和二级热风排管（14）一端均与二次换热腔（7）固定连通，所述空气滤清组件（10）出风口的一端与二级热风进管（13）固定连通，所述进液管（15）和排液管（16）一端均与储水腔（8）固定连通，所述二次换热腔（7）内壁固定安装有一组呈线性阵列分布的阻风环a（17）和阻风环b（18），所述排液管（16）出液口的一端固定连通有送液管（19），所述泵体（12）进液口的一端固定连通有回液管（20），所述泵体（12）出液口的一端通过管道与进液管（15）固定连通；

所述换能罐（5）内部由外到内依次设置有冷却腔（21）、温差发电层（22）和一次换热腔（23），所述换能罐（5）周侧面分别固定安装有一级热风进管（24）、一级热风排管（25）、冷水进管（26）和换热水排管（27），所述一级热风进管（24）和一级热风排管（25）一端均与一次换热腔（23）固定连通，所述冷水进管（26）和换热水排管（27）一端均与冷却腔（21）固定连通，所述换能罐（5）周侧面固定设置有两供电端口（28），两所述供电端口（28）一端均通过导线与蓄电池（11）电连接，所述一级热风排管（25）出风口的一端与空气滤清组件（10）固定连通，所述废热进管（1）进风口的一端与一级热风进管（24）固定连通，所述二级热风排管（14）出风口的一端与废热进管（1）固定连通，所述换热水排管（27）出水口的一端与回液管（20）固定连通，所述冷却腔（21）内部固定设置有一组呈线性阵列分布的阻液环a（29）和阻液环b（30）；

所述换能罐（5）内壁通过轴承转动连接有换热轴管（31），所述换热轴管（31）两端通过连接件分别与送液管（19）和回液管（20）转动连通，所述换热轴管（31）周侧面固定连接有螺旋换热叶片（32），所述螺旋换热叶片（32）周侧面与换能罐（5）相贴合，所述螺旋换热叶片（32）内部固定开设有换热分腔（33），所述换热分腔（33）内壁与换热轴管（31）固定连通，所述换能罐（5）周侧面固定连接有驱动电机（34），所述驱动电机（34）输出轴的一端通过锥齿轮与换热轴管（31）传动连接。

2.根据权利要求1所述的一种带有热量回收及转换功能的储能装置，其特征在于，所述储能罐（4）周侧面分别固定安装有主温度传感器（35）和主液位传感器（36），所述主温度传感器（35）和主液位传感器（36）监测端均延伸至储水腔（8）内部。

3.根据权利要求1所述的一种带有热量回收及转换功能的储能装置，其特征在于，所述换热水排管（27）出水口的一端和冷水进管（26）周侧面均固定安装有阀门b（37），所述换热水排管（27）和冷水进管（26）分别设置于换能罐（5）两侧。

4.根据权利要求1所述的一种带有热量回收及转换功能的储能装置，其特征在于，所述二级热风排管（14）周侧面固定设置有废风排管（41），所述二级热风排管（14）和废风排管（41）出风口的一端及废热进管（1）进风口的一端均固定安装有阀门a（38），所述二级热风排管（14）出风口的一端及废热进管（1）进风口的一端均固定安装有温度辅助传感器（39），所述送液管（19）周侧面固定安装有取液管（40），所述取液管（40）周侧面固定安装有取液阀。

5.根据权利要求1所述的一种带有热量回收及转换功能的储能装置，其特征在于，所述换热轴管（31）为两端开口的中空管状结构，所述一次换热腔（23）的形状与螺旋换热叶片（32）的形状适配，所述换热轴管（31）周侧面固定安装有与驱动电机（34）配合的从动锥齿轮。

6.根据权利要求1所述的一种带有热量回收及转换功能的储能装置，其特征在于，所述温差发电层（22）内部均布有温差发电片，所述储能模组（2）设置于换能模组（3）正上方，所述阻液环a（29）和阻液环b（30）在冷却腔（21）内部呈两两间隔设置，所述阻风环a（17）和阻风环b（18）在二次换热腔（7）内部两两间隔分布，所述阻液环a（29）和阻液环b（30）相对表面之间及阻风环a（17）和阻风环b（18）相对表面之间均设置有流缝，所述阻液环a（29）和阻液环b（30）周侧面均均布有换热鳍片。

7.根据权利要求1所述的一种带有热量回收及转换功能的储能装置，其特征在于，所述空气滤清组件（10）包括滤箱，所述滤箱前侧设置有进风口后侧设置有出风口，所述滤箱进风口的一端与一级热风排管（25）固定连通，所述滤箱出风口的一端与二级热风进管（13）固定连通，所述滤箱顶面卡接有拆板，所述拆板底面由前至后分别固定安装有滤板和金属膜滤芯，所述储能罐（4）表面固定设置有中控面板，所述中控面板内置控制器，所述中控面板表面分别固定设置有显示屏和中控按键。

8.一种带有热量回收及转换功能的储能装置的储能方法，其特征在于，废热进管1与外部废热发生设备连通，取液管40与外部热水使用设备连通，冷水进管26与外部冷却水送入管道连通，使用前，储能罐4中存储入设定量的冷却液，当废热进管1无废热进入时，排液管16处的阀门关闭而取样管可进行取样作业，储能罐4中的电热棒9首先用尽蓄电池11的电量，当蓄电池11中无电时，电热棒9以外供电模式进行储水腔8内部热水的加热作业，当需要进液时，泵体12工作；

当废热进管1有热风进入且废热的温度高于储水腔8中的水温时，该装置以内循环方式进行储水腔8的换热作业，废热首先由废热进管1进入一级热风进管24，废热进入后继而进入一次换热腔23中，废热进入一次换热腔23后继而与螺旋换热叶片32进行换热作业，换热后的热气经由一级热风排管25排出，热风经由一级热风排管25排出后，继而进入空气滤清组件10中，空气滤清组件10对废热中的杂质进行多重过滤，过滤后的废热继而经由二级热风进管13进入二次换热腔7中，废热进入二次换热腔7后，继而与储水腔8中的热水进行二次换热，当二次换热后的温度数据依然高于储水腔8中的水温时，二次换热后的温度重新回流至废热进管1，继而进行废热的循环利用，当二次换热后的热风温度数据低于储水腔8中的水温数据时，二次换热后的热风经由废风排管41直接排出，储水腔8中的水在重力作用下进入换热轴管31，进入换热轴管31的水继而进入换热分腔33中，进入换热分腔33的水进而与热风进行一次换热，一次换热后的水在泵体12的作用下回流至储水腔8中继而与热风进行二次换热，且工作时，当储水腔8中需要进行补液时，在上述水循环的过程中，冷水进管26进液，并实现温差发电层22的发电作业，温差发电层22产生的电能存储于蓄电池11中，当不需要进液时，冷水进管26封闭，温差发电层22处于待机模式，存储入蓄电池11的电量可适时为电热棒9进行供电作业。

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