CN117249707A - 一种提高水罐储热容量的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提出一种提高水罐储热容量的系统及方法，通过吸收式换热装置降低储热本体中低温水的温度，提高放热过程中高温水的温度，从而增大了储热温差，但是储热本体中蒸汽压力不超过大气压，避免储热本体形成承压空间、增加罐体施工难度和成本，能有效解决水储热系统储能密度低的问题。
Description
技术领域
本申请涉及水储热技术领域，尤其涉及一种提高水罐储热容量的系统及方法。
背景技术
储热技术能解决热能制取与使用过程在空间、时间上的不匹配问题，是一种十分重要的提高能量利用效率的技术，一般可分为显热、潜热和热化学储热等三类，显热储热介质以水、导热油、熔盐、混凝土、砾石等为代表，潜热储热介质以蒸汽、相变材料等为代表，热化学储热介质主要是氧化镁、氧化铁、金属氢化物等一些能进行吸热/放热化学反应的物质。目前，显热和潜热储热技术发展较为成熟，热化学储热技术处于商业应用初期。
水储热技术是一种低成本、无污染的显热储热技术，广泛应用于太阳能热水器系统，利用水的温度差和大比热容特性储存热量，由于水的饱和温度较低，所以储热温度一般不超过95℃。大容量水储热技术是通过建设大型储罐来储存热水，容积通常在5000-20000m3范围，储热本体只有一个，通过高温水与低温水之间的斜温层阻碍两者混合，广泛应用于热电联产机组、垃圾电站，储存的热量主要用于建筑采暖，可以提高机组的热电解耦能力，扩大机组电负荷调节范围。由于系统中只有一个大容量储热本体，水储热系统中低温水约30-40℃，高温水不超过95℃，由于储热温差较小，导致储热密度低、有效储热容量相对较小，需要建设超大体积的储水罐以提高有效储热容量，存在占地面积大、施工难度大的缺陷。
发明内容
针对上述现有技术，至少解决上述一种的技术问题，本申请实施例提出提高水罐储热容量的系统通过吸收式换热装置降低储热本体中低温水的温度，提高放热过程中高温水的温度，从而增大了储热温差，但是储热本体中蒸汽压力不超过大气压，避免储热本体形成承压空间、增加罐体施工难度和成本，本申请能有效解决水储热系统储能密度低的问题。
根据本申请的第一个方面提出了一种提高水罐储热容量的系统，包括
储热本体，其内部包括分别容置冷工质和热工质且相互连通的下腔室和上腔室；
换热组件；所述下腔室和所述上腔室分别通过第一管路组和第二管路组与所述换热组件换热连接；在不同工况下，所述第一管路组用于向所述下腔室输入或输出冷工质；所述第二管路组向所述上腔室输入或输出热工质；所述换热组件包括热网加热器和吸收式换热装置；其中所述热网加热器中利用蒸汽对输入的冷工质加热；所述吸收式换热装置分别与冷工质换热用于降低通入所述下腔室的冷工质温度，以及其与热工质换热用于提高流出所述上腔室的热工质温度。
在一些实施例中，所述第一管路组包括第一出液管路和第一回液管路；其中第一出液管路分别连接所述下腔室和所述热网加热器的冷侧进口，用于将所述下腔室中的冷工质输至所述热网加热器的冷侧；所述第一回液管路分别连接所述下腔室和所述热网加热器的冷侧进口，用于将通入所述热网加热器的冷侧的低温热网回水分流，并引入所述下腔室内。
在一些实施例中，所述第一出液管路包括按照冷工质流动方向依次设置的第三阀门、第一储热水泵、第四阀门和第五阀门；所述第一回液管路包括按照冷工质流动方向依次设置的第七阀门和第六阀门。
在一些实施例中，所述第一回液管路与所述吸收式换热装置换热连接，并与所述吸收式换热装置的热源侧连通。
在一些实施例中，所述第二管路组包括第二出液管路和第二回液管路；其中第二出液管路分别连接所述上腔室和所述热网加热器的冷侧出口，用于将所述上腔室中的热工质输至所述热网加热器的冷侧出口；所述第二回液管路分别连接所述上腔室和所述热网加热器的冷侧出口，用于将所述热网加热器的冷侧出水分流，并引入所述上腔室内。
在一些实施例中，所述第二出液管路包括按照热工质流动方向依次设置的第八阀门、第二储热水泵、第九阀门和第十阀门；所述第二回液管路包括按照热工质流动方向依次设置的第二阀门和第一阀门。
在一些实施例中，所述第二出液管路与所述吸收式换热装置换热连接，并与所述吸收式换热装置的热汇侧连通。
在一些实施例中，所述第二出液管路和所述第一出液管路共用一个储热水泵。
在一些实施例中，所述吸收式换热装置驱动侧的输入端与热网加热器的热侧输入端连通，以使蒸汽通入所述吸收式换热装置中的驱动其工作。
根据本申请的第二个方面提出了一种提高水罐储热容量的系统运行方法，运行上述任一实施例中所述的系统，包括以下过程：
储热过程：下腔室的冷工质经第一出液管路与低温热网回水共同通入热网加热器热交换，生成的热工质分别输至用户和上腔室；
放热过程：低温热网回水部分进入热网加热器内热交换，剩余的低温热网回水通过第一回液管路进入吸收式换热装置降温后进入所述下腔室；上腔室中的热工质进入吸收式换热装置升温，与所述热网加热器生成的热工质共同输送至用户；期间所述吸收式换热装置的输入端与热网加热器的热侧输入端连通，以使蒸汽通入所述吸收式换热装置中的驱动其工作。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本申请一实施例提供的提高水罐储热容量系统的结构示意图；
图2为本申请另一实施例提供的提高水罐储热容量系统的结构示意图；
图3为本申请另一实施例提供的提高水罐储热容量系统的结构示意图；
图4为本申请一实施例提供的提高水罐储热容量系统的运行方法流程图；
图中，1、储热本体；2、储热水泵；21、第一储热水泵；22、第二储热水泵；3、热网泵；4、热网加热器；5、吸收式换热装置；6、第一阀门；7、第二阀门；8、第三阀门；9、第四阀门；10、第五阀门；11、第六阀门；12、第七阀门；13、第八阀门；14、第九阀门；15、第十阀门；16、第十一阀门。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本申请公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本申请公开的概念。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
在附图中示出了根据本申请公开实施例的结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
下面参照附图1所示描述本申请的实施例，具体的本申请实施例提出了一种提高水罐储热容量的系统，包括储热本体1和换热组件；其中储热本体1内具有一定的容积并且可容纳工质，因储热本体1容积较大，其在上下方向上不同位置的工质温度不同，因此可将储热本体1分为分别容置冷工质和热工质的下腔室和上腔室，其中下腔室和上腔室之间不存在隔档物，两个腔室之间的工质可相互流通，但两个腔室之间的工质流通量较少，总体上，上腔室内的热工质温度明显高于下腔室中冷工质的温度。
本实施例中下腔室和上腔室分别通过第一管路组和第二管路组与换热组件换热连接；即下腔室中开设有用于冷工质可输入和输出的通口，同理上腔室中开设有用于热工质可输入和输出的通口；下腔室通过第一管路组与换热组件换热连接，上腔室通过第二管路组与换热组件换热连接，可在储热本体1不同的储热或放热工况下实现冷工质和热工质的输入和输出，用以实现热量的储存与释放。
本实施例中的换热组件包括热网加热器4和吸收式换热装置5；其中本实施例低温热网回水经热网泵3升压后进入热网加热器4的冷侧，可知的，热网加热器4包括冷侧和热侧，其中冷侧和热侧分别通入不同温度的介质可用于热交换，本实施例中低温热网回水经热网泵3升压后进入热网加热器4的冷侧，并与热网加热器4的热侧的蒸汽热交换，实现加热低温热网回水的作用。同理本实施例中的吸收式换热装置5与冷工质换热用于降低通入下腔室的冷工质温度；其在放热工况下，将输出上腔室的热工质加热，用于提高输出上腔室的热工质温度，从而增大了储热温差，但是储热本体中蒸汽压力不超过大气压，避免储热本体形成承压空间、增加罐体施工难度和成本，能有效解决水储热系统储能密度低的问题
其中本实施例中提高水罐储热容量的系统中的冷工质和热工质分别为低温水和高温水，在储热过程中：下腔室的低温水经第一管路组进入热网加热器4的冷侧，同时热网加热器4的冷侧通入低温热网回水；在此过程中热网加热器4的热侧通入蒸汽。换热后，热网加热器4冷侧出口的高温水一部分输送至用户供热，剩下的另一部分通过第二管路组进入上腔室储存。放热过程中：低温热网回水一部分通过第一管路组与吸收式换热装置5换热降温后进入下腔室，另一部分直接进入热网加热器4的冷侧进口，热网加热器4的热侧通入蒸汽加热低温热网回水，热网加热器4冷侧出口的高温水直接输送至用户供热；同时上腔室中的高温水通过第二管路组与吸收式换热装置5换热升温后与热网加热器4冷侧出口的高温水混合输送至用户供热。
在一些实施例中，第一管路组包括第一出液管路和第一回液管路；其中第一出液管路分别连接下腔室和热网加热器4的冷侧进口，用于将下腔室中的冷工质输至热网加热器4的冷侧；第一回液管路分别连接下腔室和热网加热器4的冷侧进口，用于将通入热网加热器4的冷侧的低温热网回水分流，并引入下腔室内。
其中，第一管路组包括第一出液管路和第一回液管路；其中第一出液管路的两端分别连接下腔室和热网加热器4的冷侧进口，用于将下腔室中的冷工质输至热网加热器4的冷侧进口。换言之，第一出液管路的输入端连接下腔室，下腔室中的冷工质可通入第一出液管路内，第一出液管路的输出端连接热网加热器4的冷侧进口，下腔室中的冷工质进入热网加热器4的冷侧，实现冷工质与热网加热器4的热侧的工质热交换。同时本实施例中第一出液管路并联在第一回液管路上，即第一回液管路将热网加热器4的冷侧进口处通入的低温热网回水分流，将热网加热器4的冷侧进口处的低温热网回水部分通过第一回液管路输入至下腔室。
如图1所示，按照冷工质流动方向，第一出液管路包括按照冷工质流动方向依次设置的第三阀门8、第一储热水泵21、第四阀门9和第五阀门10；第一回液管路包括按照冷工质流动方向依次设置的第七阀门12和第六阀门11。其中第六阀门11的进口连接第四阀门9的出口，其出口连接第三阀门8的进口，第七阀门12的出口连接第五阀门10的进口。
在一些实施例中，第一回液管路与吸收式换热装置5换热连接，并与吸收式换热装置5的热源侧连通。
其中，第一回液管路与吸收式换热装置5的热源侧连通，即通入第一回液管路的冷工质进入吸收式换热装置5的热源侧，经过降温后输出，并通过第一回液管路输送至下腔室。
在一些实施例中，第二管路组包括第二出液管路和第二回液管路；其中第二出液管路分别连接上腔室和热网加热器4的冷侧出口，用于将上腔室中的热工质输至热网加热器4的冷侧出口；第二回液管路分别连接上腔室和热网加热器4的冷侧出口，用于将热网加热器4的冷侧出水分流，并引入上腔室内。
其中，第二管路组包括第二出液管路和第二回液管路；其中第二出液管路的两端分别连接上腔室和热网加热器4的冷侧出口，用于将上腔室中的热工质输至热网加热器4的冷侧出口。换言之，第二出液管路的输入端连接上腔室，上腔室中的热工质可通入第二出液管路内，第二出液管路的输出端连接热网加热器4的冷侧出口，上腔室中的热工质进入热网加热器4的冷侧出口，实现热工质与热网加热器4的冷侧出口的工质一起输出至用户供热。同时本实施例中第二出液管路并联在第二回液管路上，即将热网加热器4的冷侧出口处输出的换热后的低温热网回水部分通过第二回液管路输入至上腔室。
示例如图1所示，按照热工质流动方向，第二出液管路上依次设置有第八阀门13、第二储热水泵22、第九阀门14和第十阀门15；第二回液管路上依次设置第二阀门7和第一阀门6；其中第一阀门6的进口连接第九阀门14的出口，其出口连接第八阀门13的进口，第二阀门7的出口连接第十阀门15的进口。
在一些实施例中，第二出液管路与吸收式换热装置5换热连接，并与吸收式换热装置5的热汇侧连通。
其中，如图3所示第二出液管路与吸收式换热装置5的热汇侧连通，即通入第二出液管路的热工质进入吸收式换热装置5的热汇侧，经过进一步升温后输出，与热网加热器4升温后的热网回水混合后送往用户。
在一些实施例中，第二出液管路和第一出液管路共用一个储热水泵2。
其中，本实施例中第二出液管路和第一出液管路共用一个储热水泵2如图2所示，即第二储热水泵22和第一储热水泵21可择一使用，即将设置第二储热水泵22和第一储热水泵21的管路合并，并在合并的管路上设置一个储热水泵2，通过第三阀门8和第四阀门9以及第八阀门13和第九阀门14的开启，启动储热水泵2，在不同工况下达到泵送冷工质或热工质的目的。本实施例中第二出液管路和第一出液管路共用一个储热水泵2，可减少泵件的设置和管路的连接，方便控制管理的过程中，运行部件少运行成本低。
本实施例还提出了一种提高水罐储热容量的系统运行方法，运行上述任一实施例中的系统，包括以下过程，如图4所示：
S1储热过程：下腔室的冷工质经第一出液管路与低温热网回水共同通入热网加热器4热交换，生成的热工质分别输至用户和上腔室；
S2放热过程：低温热网回水部分进入热网加热器4内热交换，剩余的低温热网回水通过第一回液管路进入吸收式换热装置5降温后进入下腔室；上腔室中的热工质进入吸收式换热装置5升温，与热网加热器4生成的热工质共同输送至用户；期间吸收式换热装置5驱动侧的输入端与热网加热器4的热侧输入端连通，以使蒸汽通入吸收式换热装置5中的驱动其工作。
其中本实施例中提高水罐储热容量的系统中的冷工质和热工质分别为低温水和高温水，在储热过程中：打开第一阀门6、第二阀门7、第三阀门8、第四阀门9、第五阀门10，关闭第六阀门11、第七阀门12、第八阀门13、第九阀门14、第十阀门15、第十一阀门16；低温热网回水经热网泵3升压后进入热网加热器4，下腔室的低温水经储热水泵2升压后进入热网加热器4，蒸汽释放热量加热低温热网回水和储热本体中的低温水；热网加热器4出口高温水一部分输送至用户供热，一部分依次通过第二阀门7和第一阀门6进入上腔室储存。
放热过程中：关闭第一阀门6、第二阀门7、第三阀门8、第四阀门9、第五阀门10，打开第六阀门11、第七阀门12、第八阀门13、第九阀门14、第十阀门15、第十一阀门16；低温热网回水经热网泵3升压后，一部分依次通过吸收式换热装置5的热源侧换热后温度降低，再依次经过第七阀门12和第六阀门11进入下腔室，另一部分直接进入热网加热器4，蒸汽释放热量加热低温热网回水。热网加热器4冷侧出口高温水直接输送至用户供热，上腔室的高温水通过储热水泵2升压后进入吸收式换热装置5的热汇侧换热后温度升高至约120-130℃，再与热网加热器4出口高温水混合；部分蒸汽通过第十一阀门16进入吸收式换热装置5中驱动其工作，蒸汽凝结生成的水与热网加热器4中蒸汽凝结的水汇合后回到热力系统。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
尽管已经示出和描述了本申请的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本申请的原理和宗旨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，本申请的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种提高水罐储热容量的系统，其特征在于，包括
储热本体，其内部包括分别容置冷工质和热工质且相互连通的下腔室和上腔室；
换热组件；所述下腔室和所述上腔室分别通过第一管路组和第二管路组与所述换热组件换热连接；在不同工况下，所述第一管路组用于向所述下腔室输入或输出冷工质；所述第二管路组向所述上腔室输入或输出热工质；所述换热组件包括热网加热器和吸收式换热装置；其中所述热网加热器中利用蒸汽对输入的冷工质加热；所述吸收式换热装置分别与冷工质换热用于降低通入所述下腔室的冷工质温度，以及其与热工质换热用于提高输出所述上腔室的热工质温度。
2.根据权利要求1中所述的系统，其特征在于，所述第一管路组包括第一出液管路和第一回液管路；其中第一出液管路分别连接所述下腔室和所述热网加热器的冷侧进口，用于将所述下腔室中的冷工质输至所述热网加热器的冷侧；所述第一回液管路分别连接所述下腔室和所述热网加热器的冷侧进口，用于将通入所述热网加热器的冷侧的低温热网回水分流，并引入所述下腔室内。
3.根据权利要求2中所述的系统，其特征在于，所述第一出液管路包括按照冷工质流动方向依次设置的第三阀门、第一储热水泵、第四阀门和第五阀门；所述第一回液管路包括按照冷工质流动方向依次设置的第七阀门和第六阀门。
4.根据权利要求2中所述的系统，其特征在于，所述第一回液管路与所述吸收式换热装置换热连接，并与所述吸收式换热装置的热源侧连通。
5.根据权利要求2或3中所述的系统，其特征在于，所述第二管路组包括第二出液管路和第二回液管路；其中第二出液管路分别连接所述上腔室和所述热网加热器的冷侧出口，用于将所述上腔室中的热工质输至所述热网加热器的冷侧出口；所述第二回液管路分别连接所述上腔室和所述热网加热器的冷侧出口，用于将所述热网加热器的冷侧出水分流，并引入所述上腔室内。
6.根据权利要求5中所述的系统，其特征在于，所述第二出液管路包括按照热工质流动方向依次设置的第八阀门、第二储热水泵、第九阀门和第十阀门；所述第二回液管路包括按照热工质流动方向依次设置的第二阀门和第一阀门。
7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述第二出液管路与所述吸收式换热装置换热连接，并与所述吸收式换热装置的热汇侧连通。
8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述第二出液管路和所述第一出液管路共用一个储热水泵。
9.根据权利要求4中所述的系统，其特征在于，所述吸收式换热装置驱动侧的输入端与热网加热器的热侧输入端连通，以使蒸汽通入所述吸收式换热装置中的驱动其工作。
10.一种提高水罐储热容量的系统运行方法，其特征在于，利用权利要求1-9中任一所述的系统，包括以下过程：
储热过程：下腔室的冷工质经第一出液管路与低温热网回水共同通入热网加热器热交换，生成的热工质分别输至用户和上腔室；
放热过程：低温热网回水部分进入热网加热器内热交换，剩余的低温热网回水通过第一回液管路进入吸收式换热装置降温后进入所述下腔室；上腔室中的热工质进入吸收式换热装置升温，与所述热网加热器生成的热工质共同输送至用户；期间所述吸收式换热装置驱动侧的输入端与热网加热器的热侧输入端连通，以使蒸汽通入所述吸收式换热装置中的驱动其工作。
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