CN202254144U - 一种常压水蓄能装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供了一种常压水蓄能装置，其包括密闭式常压容器、上布水器、下布水器和氮气源，其中，所述上布水器和下布水器位于所述容器内，所述容器的顶部设有呼吸安全阀和进气管，所述进气管上设有调节阀，所述进气管连接氮气源。采用本实用新型所提供的常压蓄能装置能够有效地保持循环水的低含氧量，从而减缓设备的腐蚀速度，降低水处理费用，并且减少了空调用户的能耗和使用费用，为实现电网“移峰填谷”、平衡负荷提供了一种有效的蓄能方式。

Description

一种常压水蓄能装置
技术领域
本实用新型涉及空调蓄能技术，特别涉及一种常压水蓄能装置。
背景技术
随着生活水平的不断提高，冬天需要热源、夏天需要冷源的空气调节技术使用愈来愈普遍。通常情况下，空调系统的电力负荷昼重夜轻，空调用电与电网其他负荷争峰让谷是造成电网峰谷负荷差的主要因素之一。为保证电网的安全、合理和经济运行，鼓励用户调荷，实现“移峰填谷”，供电企业实行了峰谷分时电价。
空调蓄能技术就是应用于峰谷分时电价制度下的一种调荷技术，利用蓄能设备在空调系统没有负荷或负荷较小的时段将能量储存起来，在空调系统负荷较大的时段将这部分能量释放出来，从而达到电网“移峰填谷”、平衡负荷并使用户节约电费的双赢局面。
水蓄能是以水为蓄能介质，利用循环水温变化时所吸收和释放的显热进行热量(或冷量)的储存。根据使用对象和储存温度的高低，可以分为蓄冷和蓄热。以水蓄冷系统为例，在夜间电价低谷时段，采用制冷机将来自蓄能水槽的温水降温至预定蓄冷温度，并将其注入蓄能水槽中保存。待白天电价高峰时段，将蓄冷水槽中的冷水抽出送往空调末端，代替制冷机向负荷供冷。通过上述手段能够降低制冷机在电价高峰时期的运行功率，从而节省空调的运行费用。
通常，为减少空调循环水与设备及管路的腐蚀，空调循环水在使用前必须经过处理，除去其中的有害物质，降低其溶氧量。普通空调系统为半闭式系统，在整个空调系统中，只有在用于收容和补偿系统中水的胀缩量而设置的膨胀水箱中有很小的水面与大气相同，而且该水箱中的水基本静止，流入循环管路的可能性不大，因此，空调水系统内循环水的溶氧量几乎不会增加。
但是在水蓄能技术应用中，为降低蓄能水槽的造价，通常蓄能水槽采用开式结构，即水槽内的水面直接与大气相通，其面积少则几十平方米，多则可达几百甚至上千平方米，大大增加了氧气溶于水的机会，导致经过处理的空调循环水的溶氧量短时间内就恢复到自然水的状况。循环水的溶氧量增加，一方面会加快空调水系统的锈蚀速度、缩短使用寿命；另一方面有利于水中微生物的生长，增加流动阻力，降低传热效率。
在水蓄热工程中溶氧量的影响尤为突出，由于温度高，腐蚀速度大大增加。无法控制溶氧量成为制约水蓄热工程推广的一个重要因素。
为克服上述缺陷，现有技术中通常采用四种方式处理。一是缩短空调循环水的水处理时间间隔，增加水处理的次数；二是在水面布满漂浮物，尽可能减少水面与大气的接触面；三是在建造时使水槽上部的气相空间尽可能小，当水充满水槽后密闭水槽的上部空间，使水槽中的总氧气量不再增加；四是在水蓄热工程中，向水槽上部空间注入水蒸汽，以水蒸汽隔断氧气与水面的接触。
采用以上四种方式均能达到一定的效果。但是，采用方式一，使水处理费用大大增加；采用方式二，水槽中的漂浮物会由于日久破损而下沉，影响水槽的正常使用；采用方式三，对水槽的顶部形状、结构均有影响，设备的造价会相应提高；采用方式四，需要不断的补充水蒸汽，以维持因冷凝而降低的压力。
发明内容
针对现有技术中所存在的上述问题，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能够有效地隔绝氧气与水面接触的常压水蓄能装置。
本实用新型所提供的常压水蓄能装置包括密闭式常压容器、上布水器、下布水器和氮气源，其中，所述上布水器和下布水器位于所述容器内，所述容器的顶部设有呼吸安全阀和进气管，所述进气管上设有调节阀，所述进气管连接氮气源。
根据本实用新型的一个优选实施方式，所述调节阀为自力式压力调节阀，并且所述压力调节阀上设有导压管，所述导压管插入所述容器的顶部。
根据本实用新型的另一个优选实施方式，所述调节阀为电控调节阀，并且所述容器的顶部气相空间内设有氧气浓度探测器，该氧气浓度探测器和电控调节阀均与计算机控制系统相连。
在本实用新型所提供的常压水蓄能装置中，所述上布水器和下布水器可以采用本领域内任意常规的布水设备，例如布水管、均流布水板等。
本实用新型所采用的“密闭式常压容器”是指能在-0.49kPa～2kPa的内压范围内正常工作的密闭式钢制水罐、水箱、钢筋混凝土水池或其他材料制造的密闭式容器。本实用新型所采用的压力值均指表压。
在本实用新型中，所述呼吸安全阀的作用是当容器内的压力超出上述范围时，安全阀将自动开启，以确保上述常压容器的内压处于安全状态。在本实用新型的一个优选实施方式中，按照如下方式设置所述呼吸安全阀：当容器内压达到1.5kPa时开启，将容器内的气体呼出，确保容器内的压力小于2kPa，不致压力过高的气体将容器撑破；当容器内的压力降至-0.2kPa时也开启，将容器外的空气吸入，确保容器内不出现较大的真空度(即确保容器内的压力大于-0.49kPa)，不致使容器被吸瘪。
另外，在采用本实用新型所述的蓄能装置进行蓄能前，需要将空调循环水注入所述常压容器中，因此，可以采用本领域任意公知的方式控制所述常压容器内的注水水位。例如，人为地观测水位，不使注水水位与设计水位偏差太大即可停止注水。优选地，在接近所述常压容器设计水位的侧壁处设置溢流管，当溢流管中有水溢出时，说明容器内的循环水已经达到设计水位，停止注水。
采用本实用新型所提供的常压蓄能装置，在密闭式常压容器的顶部设置进气管，通过该管引入氮气，使其充满容器的顶部气相空间，将常压容器内的水与大气隔开，从而有效地隔绝了容器内的氧气与水面的接触，避免氧气溶入水中。因此，采用本实用新型提供的常压蓄能装置能够有效地保持容器内水的低含氧量，并且作为冷/热量的蓄能装置，将夜间电价低谷时段制取的冷/热量存储起来，在白天电价高峰时段利用储存的冷、热量为客户供冷或供暖，减少了空调用户的能耗和使用费用，同时也为实现电网“移峰填谷”、平衡负荷提供了一种有效的蓄能方式。
在本实用新型中，可以采用压缩氮气瓶或氮气发生器作为氮气源向进气管充入氮气。优选地，在本实用新型中，引入氮气的过程控制可以分别采用气压控制和氧气浓度控制两种方式，它们的工作原理如下：
当采用气压控制方式时，在本实用新型所述的进气管上设置自力式压力调节阀。当所述密闭式容器内的气压低于设定值时，阀门自动打开，充入氮气；当所述密闭式容器内的气压达到设定值时，阀门自动关闭，停止充入氮气。
当采用氧气浓度控制方式控制时，在本实用新型所述的进气管上设置电控调节阀，并且在容器的顶部气相空间内设置氧气浓度探测器，所述电控调节阀和氧气浓度探测器均与计算机控制系统相连。通过计算机控制所述电控调节阀，并将所述探测器得到的数据传入计算机中。当测得的氧气浓度高于指定值时，通过计算机控制系统开启该电控调节阀，使氮气充满容器的顶部气相空间；当测得的氧气浓度低于指定值时，关闭该电控调节阀，停止充入氮气。
附图说明
下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
图1是根据本实用新型的常压蓄能装置的结构示意图，其中：
101-拱顶密闭式常压容器
102-呼吸安全阀
103-自力式压力调节阀
104-导压管
105-进气管
106-压缩氮气瓶
107-进气管截止阀
108-溢流管
109-溢流管截止阀
110-上布水器
111-下布水器
具体实施方式
图1示出了根据本实用新型的常压蓄能装置，其中，在拱顶密闭式常压容器101内设有上布水器110和下布水器111，在所述容器的顶部装有呼吸安全阀102和进气管105，在接近所述常压容器设计水位的侧壁处设置溢流管108，溢流管上设有截止阀109。将压缩氮气瓶106设置在容器一侧，该氮气瓶通过进气管105与容器101顶部的氮气进气孔(未示出)连通，在进气管105上装有自力式压力调节阀103和进气管截止阀107，在压力调节阀103上引出导压管104并将该管插入容器的顶部空间内。按照如下方式设定所述自力式压力调节阀103：当密闭式常压容器101顶部气相空间内的压力低于0.8kPa时，所述压力调节阀103自动开启；当密闭式常压容器101顶部气相空间内的压力达到1.2kPa时，所述压力调节阀103自动关闭。
如图1所示的本实用新型常压蓄能装置在夏季的工作原理如下：
在夜间电价低谷时段，开始蓄冷循环，开启制冷机，并将拱顶密闭式常压容器101上部的温水自上布水器110抽出，送入制冷机降温，然后将制得的冷水由下布水器111注回常压容器101的底部，由于低温水的比重大于高温水，注入的冷冻水将积存在所述容器101的底部，并将温水上推，直至温水全部抽出，冷水占据整个容器，蓄冷循环结束。
在白天电价高峰时段，开始释冷循环，关闭全部或部分制冷机，将常压容器101中储存的冷水由下布水器111抽出送往空调末端，替换关闭的制冷机向用户供冷，释冷后自空调末端返回的温水则从上布水器110流回拱顶常压容器101中。由于温水的比重小于容器内原有的冷水，流回的温水将积存于容器101的上部，将冷水向下推，直至冷水全部抽出，温水占据整个容器，释冷循环结束。
采用本实用新型常压蓄能装置在冬季蓄热时的工作原理和夏季蓄冷时类似，只是冷水自容器底部抽出送往锅炉(或热泵)加热，热水又被送回容器101的上部。
在采用本实用新型所述的蓄能装置进行蓄能前，需要向所述密闭式常压容器101中注入空调循环水，并使所述容器的顶部气相空间充满氮气，以隔断氧气与水面的接触。过程如下：
开启溢流管截止阀109，开始通过下布水器111向容器101注水，容器内的空气自溢流管排出，当溢流管108出现水溢流时，停止注水。打开进气管截止阀107，因溢流管截止阀109处于开启状态，所以常压容器的顶部空间通过溢流管与大气相通。因此，导压管104内的气压低于自力式压力调节阀103的设定开启压力0.8kPa，压力调节阀103自动开启，氮气自压缩氮气瓶106涌出，流入容器的顶部空间。因为氮气的比重小于空气和氧气，先期进入的氮气将积存在常压容器顶部空间的上部，随着氮气的不断涌入，向下挤压并使容器顶部空间中原有的空气从溢流管排出。
当测得溢流管排出的气体的体积氧浓度低于指定值(例如5％)时(或充入容器内的氮气体积达到容器顶部气相容积的指定倍数时)，关闭溢流管截止阀109。为了确保容器外的空气不会进入容器，需要继续充氮，直至容器内顶部的气压达到指定值1.2kPa，此时自力式压力调节阀103自动关闭，完成充氮隔氧操作。
本实用新型的常压蓄能装置在完成注水后，在正常使用过程中，容器中的水位几乎不会变化，只要容器的密闭性能好，就极少会出现氮气被排出容器外的情况，也极少会出现容器外的空气进入容器内的情况，氮气的日常消耗量极小。
因此，采用本实用新型所述的常压蓄能装置能够有效地保持循环水的低含氧量，从而减缓设备的腐蚀速度，降低水处理费用。并且采用所述常压蓄能装置可以将夜间电价低谷时段制取冷/热量存储起来，在白天电价高峰时段利用储存的冷/热量为客户供冷或供暖，减少了空调用户的能耗和使用费用，同时为实现电网“移峰填谷”、平衡负荷提供了一种有效的蓄能方式。

Claims (5)

1.一种常压水蓄能装置，其特征在于，所述装置包括密闭式常压容器、上布水器、下布水器和氮气源，所述上布水器和下布水器位于所述容器内，所述容器的顶部设有呼吸安全阀和进气管，所述进气管上设有调节阀，所述进气管连接氮气源。
2.根据权利要求1所述的水蓄能装置，其特征在于，所述调节阀为自力式压力调节阀，并且所述压力调节阀上设有导压管，所述导压管插入所述容器的顶部。
3.根据权利要求1所述的水蓄能装置，其特征在于，所述调节阀为电控调节阀，并且所述容器的顶部气相空间内设有氧气浓度探测器，所述氧气浓度探测器和电控调节阀均与计算机控制系统相连。
4.根据权利要求前述任一项所述的水蓄能装置，其特征在于，在接近所述常压容器设计水位的侧壁处设置溢流管。
5.根据权利要求4所述的水蓄能装置，其特征在于，所述氮气源为压缩氮气瓶或氮气发生器。
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Patentee before: Beijing Poweru Technology Co., Ltd.

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