CN1263252A - 相变电蓄热技术 - Google Patents
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Abstract
本发明相变电蓄热技术,通过物质相变和阀门切换实现蓄热和放热;具体方法是:利用夜间低谷电力制热,用该热量使一定量的某种物质发生相变,并保温;在供热高峰时,通过管路切换,使该物质与媒水进行热量交换,通过媒水将该热量输送给负荷;此过程中,该物质发生相变,释放热量。
Description
本发明涉及能量蓄存技术，具体来说是涉及利用物质状态变化蓄存热量的技术。
目前，在蓄冷领域有水蓄冷和冰蓄冷技术。而蓄热领域，只有利用物质温度变化蓄存热量的技术，亦即显热蓄热，如水蓄热技术。该技术的原理为：在夜间用电低谷时，利用设备的多余能力将水温提高并保温，蓄存热量；在全负荷运行(用电高峰)时，将蓄存的热量释放，与设备一起，对负荷供热。例如：在夜间用电低谷时，利用设备的多余能力将蓄热槽内水的温度从45℃提高至70℃，这部分水便蓄存了一定的热量；在全负荷运行(用电高峰)时，通过管路切换，将蓄热槽内水的温度从70℃降低到45℃，蓄存的热量转换至循环媒水中，于是便得到45℃的循环媒水对负荷供热，以补充设备供热能力的不足。
该技术的缺点：
1.显热蓄热要有大容量的蓄热槽；
2.蓄热槽在地下，大型高层建筑水的输送能耗大；
3.水槽有热损失，使热源的消耗量增加，为此必须有完好的隔热措施，从而增加造价；
4.因建筑物负荷和地下结构设计不同，务必对每栋建筑物进行单独设计，不能利用组装式设备；
5.采用空冷热泵时，机房大多需分设在两个地方；
6.对现有建筑加水蓄热设置难以实现。
本发明的目的是为了解决现有蓄热技术中存在的问题，而提供的一种具有良好的隔热措施、使热源的消耗量减少、并使造价降低的相变电蓄热技术。
实现本发明的目的的技术方案是：相变电蓄热技术，其特点是：通过物质相变和阀门切换实现蓄热和放热；具体方法是：利用夜间低谷电力制热，用该热量使一定量的某种物质发生相变，并保温；在供热高峰时，通过管路切换，使该物质与媒水进行热量交换，通过媒水将该热量输送给负荷；此过程中，该物质发生相变，释放热量。
专用于上述相变电蓄热技术的相变电蓄热装置，其特点是：包括：一蓄热箱、一热交换器、一负荷，所述的蓄热箱内设有多个蓄热球，每个蓄热球中包含有相变物质，蓄热箱的两端还分别设有进、出水管；在负荷两端分别连接一热媒水进水管和一热媒水出水管；在热交换器两端分别连接一热水进水管和一热水出水管；所述的蓄热箱的出水管通过三通与负荷一端的热媒水进水管以及与热交换器一端的热水进水管连接，所述的蓄热箱的进水管通过三通与负荷另一端的热媒水出水管以及与热交换器另一端的热水出水管连接，形成回路。
上述相变电蓄热装置，其中：所述的热交换器中包括一个电热元件。
上述相变电蓄热装置，其中：所述的蓄热球中的相变物质是石蜡。
上述相变电蓄热装置，其中：所述的负荷两端的热媒水管管段上分别设有媒水阀门和热媒水泵，所述的媒水阀门为两个，分别设在负荷两端的热媒水进水管管段和热媒水出水管管段上；所述的热媒水泵设在热媒水进水管管段的媒水阀门与负荷之间。
上述相变电蓄热装置，其中：所述的热交换器两端的热水管管段上分别设有热水阀门和热水泵，所述的热水阀门为两个，分别设在热交换器两端的热水进水管管段和热水出水管管段上；所述的热水泵设在热水出水管管段的热水阀门与热交换器之间。
上述相变电蓄热装置，其中：所述的负荷一端还设有一热媒水补水管，其通过三通连接在媒水阀门和热媒水泵之间。
上述相变电蓄热装置，其中：所述的热交换器一端还设有一热水补水管，其通过三通连接在热水泵和热交换器一端之间。
由于本发明采用了以上的技术方案，可使热源的消耗量减少，并使造价降低，以进一步推动相变电蓄热技术的发展。
本发明相变电蓄热技术的性能、特征通过以下的实施例及其附图进一步阐述如下。
附图1为本发明相变电蓄热装置的结构示意图。
本发明相变电蓄热技术，通过物质相变和阀门切换实现蓄热和放热；具体方法是：利用夜间低谷电力制热，用该热量使一定量的某种物质发生相变，并保温；在供热高峰时，通过管路切换，使该物质与媒水进行热量交换，通过媒水将该热量输送给负荷；此过程中，该物质发生相变，释放热量。
本发明专用于上述相变电蓄热技术的相变电蓄热装置，包括：一蓄热箱10、一热交换器11、一负荷1，所述的蓄热箱内设有多个蓄热球9，每个蓄热球9中包含有相变物质7；热交换器中包括一个电热元件12。蓄热箱的两端还分别设有进、出水管；在负荷1两端分别连接一热媒水进水管和一热媒水出水管；在热交换器11两端分别连接一热水进水管和一热水出水管；所述的蓄热箱的出水管通过三通与负荷一端的热媒水进水管以及与热交换器一端的热水进水管连接，所述的蓄热箱的进水管通过三通与负荷另一端的热媒水出水管以及与热交换器另一端的热水出水管连接，形成回路。
负荷1两端的热媒水管4管段上分别设有媒水阀门和热媒水泵，所述的媒水阀门为两个5、16，分别设在负荷两端的热媒水进水管管段和热媒水出水管管段上；所述的热媒水泵2设在热媒水进水管管段的媒水阀门与负荷之间。
热交换器两端的热水管6管段上分别设有热水阀门和热水泵，所述的热水阀门为两个8、15，分别设在热交换器两端的热水进水管管段和热水出水管管段上；所述的热水泵14设在热水出水管管段的热水阀门与热交换器之间。
在负荷一端还设有一热媒水补水管3，其通过三通连接在媒水阀门5和热媒水泵3之间。在热交换器一端还设有一热水补水管13，其通过三通连接在热水泵14和热交换器一热水出水端之间。
利用夜间低谷电力，通过电热元件12发热；在热交换器11中，该热量转换至热水管6内的热水中；热水在热水泵14的作用下流动，与蓄热箱10中的蓄热球9内的物质7进行热量交换，此过程中，物质7发生相变(熔化)，且温度升高，热水中的热量转换至物质7中存蓄起来；在白天供热高峰(或者说用电高峰)时，将热水阀门8、15关闭，媒水阀门5、16打开，媒水在媒水泵2的作用下流动，与蓄热箱10中的蓄热球9内的物质7进行热量交换此过程中，物质7降温并发生相变(凝固)，释放热量，该热量通过媒水管4中得到该热量并具有一定温度的媒水输送给负荷1。
该发明把高峰用电转移到夜间，因而减少了用全年的用电容量，可以降低能耗，平衡电网负；由于夜间电价低于白天，而且若用电设备把用电时间从高峰用电转移到低峰用电，电力公司会预先给予折扣，因此可以使用户在电力费用上获益；可以减少空调装置的总装机容量，节约投资；而且与水蓄热相比，具有下列优点：
1.由于物质的熔解潜热较大，所以相变电蓄热的蓄热体积和同种要求下的水蓄热相比大大缩小；
2、蓄热设备体积减小，热损失亦随之减小；
3.可以按机组方式生产设备，为安装提供方便，并使热源及负荷侧输送动力减小；
4.减少输送能耗，并使管路免于腐蚀。
实施例：
本发明的相变物质有多种，下面以石蜡为例，结合附图，将相变电蓄热技术的实施情况作一番介绍：
此时，蓄热球9内的相变物质为石蜡。
石蜡的比热是0.8kcal/kg·℃，熔解热是60kcal/kg，比重是0.77g/cm3，熔点是65.4℃。
利用夜间低谷电力，通过电热元件12发热：在热交换器11中，该热量转换至管6内的热水中；热水在泵14的作用下流动，与蓄热箱10中的蓄热球9内的物质7石蜡进行热量交换，此过程中，物质7石蜡温度升高，升至65.4℃时石蜡发生相变(熔化)，此后温度继续升高至70℃，热水中的热量便转换至物质7石蜡中蓄存起来；在白天供热高峰(或者说用电高峰)时，将热水阀门8、15关闭，媒水阀门5、16打开，媒水在泵2的作用下流动，与蓄热箱10中的蓄热球9内的物质7石蜡进行热量交换，物质7石蜡降温，降至65.4℃石蜡发生相变(凝固)，此后温度继续降低至45℃，换热过程中，我们将媒水温度控制在45℃左右。此过程中，石蜡释放热量，该热量便转换至管4内的媒水中，输送给负荷1。
下面以石蜡为例，将相变电蓄热技术与水蓄热技术的情况作一番比较：
水的比热是1.0kcal/kg·℃，比重是1.0g/cm3；
将质量为m的石蜡的温度从45℃升高到70℃，石蜡吸收的热量为Q1，
Q1＝c1·m·Δt1+λ1·m
＝0.8·m·70-45)+60·m
＝80·m kcal
将质量为m的水的温度从45℃升高到70℃，水吸收的热量为Q2，
Q2＝c2·m·Δt2+λ2·m
＝1.0·m·70-45)
＝25·m kcal
由此看来，相同质量的石蜡与水在一定范围内变化相同的温度，其蓄热量是不同，石蜡是水的(Q1/Q2＝)3.2倍；若换算成体积，则相同体积的石蜡与水范围内变化相同的温度，其蓄热量之比是(3.2×0.77)＝2.464；也就是说，蓄存相同的热量，所需水的体积是石蜡的2.464倍。
由上述可知，相变电蓄热与水蓄热(显热蓄热)相比具有明显的优势；而且有许多相变物质，其性能比石蜡优越，因此说，相变电蓄热技术的性能卓越，其推广应用的前景非常广阔。
Claims (8)
1、相变电蓄热技术，其特征在于：通过物质相变和阀门切换实现蓄热和放热；具体方法是：利用夜间低谷电力制热，用该热量使一定量的某种物质发生相变，并保温；在供热高峰时，通过管路切换，使该物质与媒水进行热量交换，通过媒水将该热量输送给负荷；此过程中，该物质发生相变，释放热量。
2、专用于实现权利要求1所述的相变电蓄热技术的相变电蓄热装置，其特征在于：包括：一蓄热箱、一热交换器、一负荷，所述的蓄热箱内设有多个蓄热球，每个蓄热球中包含有相变物质，蓄热箱的两端还分别设有进、出水管；在负荷两端分别连接一热媒水进水管和一热媒水出水管；在热交换器两端分别连接一热水进水管和一热水出水管；所述的蓄热箱的出水管通过三通与负荷一端的热媒水进水管以及与热交换器一端的热水进水管连接，所述的蓄热箱的进水管通过三通与负荷另一端的热媒水出水管以及与热交换器另一端的热水出水管连接，形成回路。
3、根据权利要求2所述的相变电蓄热装置，其特征在于：所述的热交换器中包括一个电热元件。
4、根据权利要求2所述的相变电蓄热装置，其特征在于：所述的蓄热球中的相变物质是石蜡。
5、根据权利要求2所述的相变电蓄热装置，其特征在于：所述的负荷两端的热媒水管管段上分别设有媒水阀门和热媒水泵，所述的媒水阀门为两个，分别设在负荷两端的热媒水进水管管段和热媒水出水管管段上；所述的热媒水泵设在热媒水进水管管段的媒水阀门与负荷之间。
6、根据权利要求2所述的相变电蓄热装置，其特征在于：所述的热交换器两端的热水管管段上分别设有热水阀门和热水泵，所述的热水阀门为两个，分别设在热交换器两端的热水进水管管段和热水出水管管段上；所述的热水泵设在热水出水管管段的热水阀门与热交换器之间。
7、根据权利要求2所述的相变电蓄热装置，其特征在于：所述的负荷一端还设有一热媒水补水管，其通过三通连接在媒水阀门和热媒水泵之间。
8、根据权利要求2所述的相变电蓄热装置，其特征在于：所述的热交换器一端还设有一热水补水管，其通过三通连接在热水阀门和热水泵之间。
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