CN210425211U - 以储热耦合器为结构中心的多种清洁热源供热系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种以储热耦合器为结构中心的多种清洁热源供热系统，包括储热耦合器、低温制热加热系统和高温加热放热系统；低温制热加热系统包括有集热器和热泵机组，与储热耦合器形成加热回路；高温加热放热系统包括有高温加热装置、三通分流阀和热负荷设备a，与储热耦合器形成加热放热回路，并且自身形成加热放热回路。通过具有热储能功能的储热耦合器做为系统结构中心，形成一个可以应用多种清洁热源的具有加热、回收和储热功能的供热系统。实现多种清洁热源的设备组合和运行时间的组合，达到克服短板、经济运行的目的。

Description

以储热耦合器为结构中心的多种清洁热源供热系统

技术领域

本实用新型涉及一种供热系统，尤其涉及一种以储热耦合器为结构中心的多种清洁热源供热系统。

背景技术

随着国家节能环保政策的大力推广，全社会节能意识的提高，人们在满足供热要求的同时，也希望能降低能源的消耗，降低供热成本。

空气能、太阳热和电热能等清洁热源是今后热源发展的趋势，但在实际使用中各有优点也各有短板。例如空气能热泵受气候条件影响较大，太阳热夜晚不能使用，电能直接使用费用太高、而电热储能装置又受到电源容量的制约；在许多行业和许多领域，在需要提供热能的同时，还需要排风、排气或排出废水，浪费大量热能；因此清洁热源的复合应用将是清洁热源发展的方向。

清洁热源如空气能、太阳热和电热能等都有经济工作的时段，如太阳热制热白天8时到16时工作最佳而晚上不能工作，空气能属于“即开即用”设备、单独使用时不能充分享受国家的有关“分时电价”优惠政策、在电网“尖、峰时段”运行大大增加了运行成本，同时还应考虑室外气温与机组能效比、同样气温选择在电网低谷时段工作运行较低，电热炉最好在电网低谷时段工作最经济，同时各种热源一般都是以系统循环的方式实现制热和加热的。在多种清洁热源的情况下，因每种热源的运行工况各不同，如热源制热温度相差较大，各自所形成的制热、加热和传输系统的温度、流量和载热介质等各不相同，经济运行工作的时间也不同，所带热负荷的运行工况也有不同的要求。因此需要通过一种具有储热功能的系统耦合器将各种不同工作时段、不同温度、不同参数的热源和热负荷联系起来共同工作，已达到清洁供热、减低成本、经济运行的目的。

实用新型内容

实用新型目的

现有技术受限于成本，本实用新型为了降低能源的消耗，降低供热成本，提供一个可以应用多种清洁热源的具有加热、回收和储热功能的供热系统。实现多种清洁热源的设备组合和运行时间的组合，达到克服短板并且能够经济运行的目的。

技术方案

一种以储热耦合器为结构中心的多种清洁热源供热系统，其特征在于：包括储热耦合器、低温制热加热系统和高温加热放热系统；

所述低温制热加热系统包括有集热器和热泵机组，集热器通过管路串联循环泵c并与储热耦合器形成第一加热回路，将热能传输给储热耦合器；热泵机组通过管路串联循环泵d并与储热耦合器形成第二加热回路，将热能传输给储热耦合器；

所述高温加热放热系统包括有高温加热装置、三通分流阀和热负荷设备a，热负荷设备a的入口通过管路连接在阀b的出口，热负荷设备a的出口通过管路连接在循环泵a的入口，循环泵a的出口通过管路连接到三通分流阀的一个入口，连接热负荷设备a入口和阀b出口的管路还同时连接在三通分流阀的另一个入口，三通分流阀的出口连接在高温加热装置的入口，高温加热装置的出口通过管路连接在阀c的入口，连接热负荷设备a入口和阀b出口的管路还同时连接在阀a的入口，连接高温加热装置和阀c的管路还同时连接在阀a的出口，阀b入口连接的管道和阀c出口连接的管道与储热耦合器连通，阀b、热负荷设备a、循环泵a、三通分流阀、高温加热装置和阀c与储热耦合器形成第一高温加热放热系统回路，阀b、三通分流阀、高温加热装置和阀c与储热耦合器形成第二高温加热放热系统回路，热负荷设备a、循环泵a、三通分流阀、高温加热装置和阀a形成第三高温加热放热系统回路；位于热负荷设备a入口和阀b出口之间的管路，并且同时位于热负荷设备a入口和三通分流阀入口之间的管路，设有温度传感器。

一种优选的方案：所述储热耦合器为容积式储热装置，阀b入口连接的管道和阀c出口连接的管道与容积式储热装置内的加热/放热换热器b的两端连接；

集热器出口连接的管道和循环泵c入口连接的管道与容积式储热装置内的加热器c的两端连接；

热泵机组出口连接的管道和循环泵d入口连接的管道与容积式储热装置内的加热器d的两端连接。

第二种优选的方案：所述储热耦合器为外设有加热/放热换热器a的容积式储热装置，加热/放热换热器a内有两组换热器管路，阀b入口连接的管道和阀c出口连接的管道与加热/放热换热器a内的一组换热器的管路两端连接；加热/放热换热器a 内的另一组换热器的出口通过管路连接有循环泵b，循环泵b的出口和该组换热器的入口通过管路分别与容积式储热装置内的加热/放热换热器b的两端连接；

集热器出口连接的管道和循环泵c入口连接的管道与储热耦合器内的加热器c的两端连接；

热泵机组出口连接的管道和循环泵d入口连接的管道与储热耦合器内的加热器d的两端连接。

所述容积式储热装置内设有储热材料。

第三种优选的方案：所述储热耦合器为设有混水器和分水器的保温储热水箱，保温储热水箱一侧设有混水器a和分水器a，另一侧设有混水器b和分水器b，集热器出口连接的管道与混水器a的一个进水口连接，循环泵c入口连接的管道与分水器a的一个出水口连接，热泵机组出口连接的管道与混水器a的另一个进水口连接，循环泵d入口连接的管道与分水器a的另一个出水口连接，混水器a的出水口通过管道连接在储热水箱内，分水器a的进水口通过管道也连接在储热水箱内；

阀b入口连接的管道与分水器b的一个出水口连接，阀c出口连接的管道与混水器b的一个入水口连接，分水器b的进水口通过管道连接在储热水箱内，混水器b的出水口通过管道也连接在储热水箱内。

所述混水器b还设有另一个入水口，该入水口通过管道连接循环泵b的出水口，循环泵b的入水口通过管道连接热负荷设备b的出水口，热负荷设备b的入水口通过管道连接分水器b的另一个出水口。

优点及效果

可实现多种清洁热源的设备灵活组合应用，同时实现供热和热能回收，实现多种清洁热源的热能存储，使多种清洁热源通过错时、错峰实现时间上的组合应用，降低供热成本。

附图说明

图1 为以储热装置为耦合器的多种清洁热源储热供热系统的方式1；

图2 为以储热水箱为耦合器的多种清洁热源储热供热系统的方式2；

图3为以储热装置为耦合器的多种清洁热源储热供热系统的方式3。

附图标记说明：1.阀a、2.阀b、3.阀c、4.高温加热装置、5.三通分流阀、6.循环泵a、7.热负荷设备a、8.温度传感器、9.集热器、10.循环泵c、11.循环泵d、12.热泵机组、13.加热/放热换热器b、14.加热器c、15.加热器d、16.加热/放热换热器a、17.循环泵b、18.储热耦合器、19.混水器a、20.混水器b、21.分水器a、22.分水器b、23.补水管、24.热负荷设备b。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的说明。

实施例1

如图3所示，一种以储热耦合器为结构中心的多种清洁热源供热系统，包括储热耦合器18、低温制热加热系统和高温加热放热系统，储热耦合器18为容积式储热装置。

低温制热加热系统包括有集热器9和热泵机组12，集热器9通过管路串联循环泵c10，集热器9出口连接的管道和循环泵c 10入口连接的管道与容积式储热装置内的加热器c14的两端连接，形成第一加热回路，将热能传输给容积式储热装置；该加热循环回路中有载热介质，经集热器9加热后载热介质再将热能传输给容积式储热装置中的储热材料；

热泵机组12通过管路串联循环泵d 11，热泵机组12出口连接的管道和循环泵d 11入口连接的管道与容积式储热装置内的加热器d 15的两端连接，形成第二加热回路，将热能传输给容积式储热装置；该加热循环回路中有载热介质，经热泵机组12加热后的水再将热能传输给容积式储热装置中的储热材料。

高温加热放热系统包括有高温加热装置4、三通分流阀5和热负荷设备a 7，热负荷设备a 7的入口通过管路连接在阀b 2的出口，热负荷设备a 7的出口通过管路连接在循环泵a 6的入口，循环泵a 6的出口通过管路连接到三通分流阀5的一个入口，连接热负荷设备a 7入口和阀b 2出口的管路还同时连接在三通分流阀5的另一个入口，三通分流阀5的出口连接在高温加热装置4的入口，高温加热装置4的出口通过管路连接在阀c 3的入口，连接热负荷设备a 7入口和阀b 2出口的管路还同时连接在阀a 1的入口，连接高温加热装置4和阀c 3的管路还同时连接在阀a 1的出口，阀b 2入口连接的管道和阀c 3出口连接的管道与容积式储热装置内的加热/放热换热器b 13的两端连接；阀b 2、热负荷设备a 7、循环泵a 6、三通分流阀5、高温加热装置4和阀c 3与容积式储热装置内的加热/放热换热器b 13形成第一高温加热放热系统回路，阀b 2、三通分流阀5、高温加热装置4和阀c 3与容积式储热装置内的加热/放热换热器b 13形成第二高温加热放热系统回路，热负荷设备a 7、循环泵a 6、三通分流阀5、高温加热装置4和阀a 1形成第三高温加热放热系统回路；位于热负荷设备a7入口和阀b 2出口之间的管路，并且同时位于热负荷设备a 7入口和三通分流阀5入口之间的管路，设有温度传感器8，检测并显示进入热负荷设备a 7的流体温度。容积式储热装置的容器外有保温层、外壳和法兰接口，内设有储热材料。

实施例2

如图1所示，一种以储热耦合器为结构中心的多种清洁热源供热系统，包括储热耦合器18、低温制热加热系统和高温加热放热系统，储热耦合器18为外设有加热/放热换热器a 16的容积式储热装置，加热/放热换热器a 16内有两组换热器管路。

低温制热加热系统包括有集热器9和热泵机组12，集热器9通过管路串联循环泵c10，集热器9出口连接的管道和循环泵c 10入口连接的管道与容积式储热装置内的加热器c14的两端连接，形成第一加热回路，将热能传输给容积式储热装置；该加热循环回路中有载热介质，经集热器9加热后载热介质再将热能传输给容积式储热装置中的储热材料；

热泵机组12通过管路串联循环泵d 11，热泵机组12出口连接的管道和循环泵d 11入口连接的管道与容积式储热装置内的加热器d 15的两端连接，形成第二加热回路，将热能传输给容积式储热装置；该加热循环回路中有载热介质，经集热器9加热后载热介质再将热能传输给容积式储热装置中的储热材料；

高温加热放热系统包括有高温加热装置4、三通分流阀5和热负荷设备a 7，热负荷设备a 7的入口通过管路连接在阀b 2的出口，热负荷设备a 7的出口通过管路连接在循环泵a 6的入口，循环泵a 6的出口通过管路连接到三通分流阀5的一个入口，连接热负荷设备a 7入口和阀b 2出口的管路还同时连接在三通分流阀5的另一个入口，三通分流阀5的出口连接在高温加热装置4的入口，高温加热装置4的出口通过管路连接在阀c 3的入口，连接热负荷设备a 7入口和阀b 2出口的管路还同时连接在阀a 1的入口，连接高温加热装置4和阀c 3的管路还同时连接在阀a 1的出口，阀b 2入口连接的管道和阀c 3出口连接的管道与加热/放热换热器a 16内的一组换热器的管路两端连接；加热/放热换热器a 16内的另一组换热器的出口通过管路连接有循环泵b 17，循环泵b 17的出口和该组换热器的入口通过管路分别与容积式储热装置内的加热/放热换热器b 13的两端连接；阀b 2、热负荷设备a 7、循环泵a 6、三通分流阀5、高温加热装置4和阀c 3与加热/放热换热器a 16形成第一高温加热放热系统回路，阀b 2、三通分流阀5、高温加热装置4和阀c 3与加热/放热换热器a 16形成第二高温加热放热系统回路，热负荷设备a 7、循环泵a 6、三通分流阀5、高温加热装置4和阀a 1形成第三高温加热放热系统回路；位于热负荷设备a 7入口和阀b 2出口之间的管路，并且同时位于热负荷设备a 7入口和三通分流阀5入口之间的管路，设有温度传感器8，检测并显示进入热负荷设备a 7的流体温度。容积式储热装置的容器外有保温层、外壳和法兰接口，内设有储热材料。

实施例3

如图2所示，一种以储热耦合器为结构中心的多种清洁热源供热系统，包括储热耦合器18、低温制热加热系统和高温加热放热系统，储热耦合器18为设有混水器和分水器的保温储热水箱，以水做为储热材料，同时又是各个系统循环回路的共同的加热、换热和放热介质；保温储热水箱一侧设有混水器a 19和分水器a 21，另一侧设有混水器b 20和分水器b22；混水器a 19的出水口通过管道连接在储热水箱内，分水器a 21的进水口通过管道也连接在储热水箱内，分水器b 22的进水口通过管道连接在储热水箱内，混水器b 20的出水口通过管道也连接在储热水箱内。

低温制热加热系统包括有集热器9和热泵机组12，集热器9通过管路串联循环泵c10，集热器9出口连接的管道与混水器a 19的一个进水口连接，循环泵c 10入口连接的管道与分水器a 21的一个出水口连接，与保温储热水箱形成第一加热回路，将热能传输给保温储热水箱；热泵机组12通过管路串联循环泵d 11，热泵机组12出口连接的管道与混水器a19的另一个进水口连接，循环泵d 11入口连接的管道与分水器a 21的另一个出水口连接，与保温储热水箱形成第二加热回路，将热能传输给保温储热水箱；集热器9所在的循环回路中有水做载热介质，经集热器加热后载热介质再将热能传输给储热水箱；热泵机组12所在的循环回路中有水做载热介质，经热泵机组12加热后的水再将热能传输给储热水箱。

高温加热放热系统包括有高温加热装置4、三通分流阀5和热负荷设备a 7，热负荷设备a 7的入口通过管路连接在阀b 2的出口，热负荷设备a 7的出口通过管路连接在循环泵a 6的入口，循环泵a 6的出口通过管路连接到三通分流阀5的一个入口，连接热负荷设备a 7入口和阀b 2出口的管路还同时连接在三通分流阀5的另一个入口，三通分流阀5的出口连接在高温加热装置4的入口，高温加热装置4的出口通过管路连接在阀c 3的入口，连接热负荷设备a 7入口和阀b 2出口的管路还同时连接在阀a 1的入口，连接高温加热装置4和阀c 3的管路还同时连接在阀a 1的出口，阀b 2入口连接的管道与分水器b 22的一个出水口连接，阀c 3出口连接的管道与混水器b 20的一个入水口连接，阀b 2、热负荷设备a 7、循环泵a 6、三通分流阀5、高温加热装置4和阀c 3与储热水箱形成第一高温加热放热系统回路，阀b 2、三通分流阀5、高温加热装置4和阀c 3与储热水箱形成第二高温加热放热系统回路，热负荷设备a 7、循环泵a 6、三通分流阀5、高温加热装置4和阀a 1形成第三高温加热放热系统回路；位于热负荷设备a 7入口和阀b 2出口之间的管路，并且同时位于热负荷设备a 7入口和三通分流阀5入口之间的管路，设有温度传感器8，检测并显示进入热负荷设备a 7的流体温度。

混水器b 20还可以设有另一个入水口，该入水口通过管道连接循环泵b 17的出水口，循环泵b 17的入水口通过管道连接热负荷设备b 24的出水口，热负荷设备b 24的入水口通过管道连接分水器b 22的另一个出水口，形成回路。多设有一个或多个热负荷设备的回路能够更灵活，可实现更大的应用扩展，适合多种温度要求的情况。

原理说明：

本实用新型依据清洁热源不同的制热方式而形成的不同的热源温度，将整个系统按热源分为低温制热加热循环系统和高温加热放热系统，并通过具有热储能功能的储热耦合器做为系统结构中心，形成以储热耦合器为系统结构中心的多热源供热系统。本系统中所述的高温和低温是系统本身的低温制热加热系统和高温加热放热系统相对比来说的，高温加热器其制热温度高于低温制热加热部分系统中制热器的制热温度。

储热耦合器18特征是一种具有加热、储热、保温和放热功能的容器。加热/放热换热器b 13、加热器c 14、加热器d 15和加热/放热换热器a 16可以采用盘管换热器、翅片管换热器、板翘式换热器等多种形式的换热器或两种以上的组合。储热耦合器18有两个主要作用：一是做为整个系统的结构中心，将不同工作时段、不同温度、不同介质流量的不同热源和热负荷联系起来共同工作；二是将不同热源所制取的热能存储起来，以实现整个系统的经济运行。储热温度要高于热负荷设备的使用温度。热泵机组12可以是采用热泵技术的设备或机组,如空气能热泵机组、水源热泵机组或者是热泵余热回收机组等采用热泵技术的设备。集热器9可以是采用辐射集热器的设备，如太阳能集热器和电加热设备等。太阳能集热器又可以是玻璃管集热器、陶瓷瓦集热器、槽式集热器等利用辐射集热的集热器。本系统所使用的载热介质可以是水、导热油、防冻液和冷媒介质。低温制热加热系统的主要作用是：将通过不同的制热器和制热方法制取热能，并将所制取的热能传输给储热耦合器18存储起来。高温加热装置4可以是电炉、天然气炉、甲醇炉、生物质炉等和其他高温热源所带的高温加热换热器等，其制热温度要大于低温制热加热系统中集热器的制热温度。

高温加热放热系统的工作过程：高温加热放热系统在整个系统中具有很重要的作用:一是放热作用，将储热耦合器18中所存储的热能释放出来并传输给热负荷设备7进行供热；二是具有供热调节和储热加热的作用。以建筑物供暖、高温加热器采用电锅炉为例，在循环泵a 6流量不变的情况下，当夜晚热负荷需求降低时，通过调节三通分流阀5使旁路流量加大，放热回路流量减少就可以减少热能消耗，此时如处于电网低谷时段，在电加热功率不变、热负荷设备使用温度一定的情况下，由于流过电锅炉的水流量减小，使其制热温度变高，电锅炉更多的加热容量就可以给储热耦合器18中的储热材料加热，随着储热温度的升高、调节储热耦合器输出的温度升高，继续调节三通分流阀使旁路流量随之加大、流经电锅炉水流量进一步减少、制热温度进一步升高，当锅炉出水温度或储热耦合器的储热温度达到加热的设定温度值时，开始降低电锅炉的电加热功率。

当储热耦合器18或低温制热加热系统出现故障的时候，开启阀a 1，关闭阀b 2和阀c 3，使具有热负荷热备7的高温加热放热系统自身成为一个回路，以使得热负荷设备7不用停止工作。

低温制热加热循环系统和高温加热放热系统和储热耦合器的加热/放热换热器b13、加热器c 14、加热器d 15和加热/放热换热器a 16可以是一组或者多组。

以本储热供热系统为局域系统，在储热耦合器中增加加热器、或将更多的高温加热装置连接到大型热源，可实现更大规模的系统应用。显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本实用新型的技术方案所引伸的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之列。

Claims (6)

1.一种以储热耦合器为结构中心的多种清洁热源供热系统，其特征在于：包括储热耦合器、低温制热加热系统和高温加热放热系统；

所述低温制热加热系统包括有集热器和热泵机组，集热器通过管路串联循环泵c并与储热耦合器形成第一加热回路，将热能传输给储热耦合器；热泵机组通过管路串联循环泵d并与储热耦合器形成第二加热回路，将热能传输给储热耦合器；

所述高温加热放热系统包括有高温加热装置、三通分流阀和热负荷设备a，热负荷设备a的入口通过管路连接在阀b的出口，热负荷设备a的出口通过管路连接在循环泵a的入口，循环泵a的出口通过管路连接到三通分流阀的一个入口，连接热负荷设备a入口和阀b出口的管路还同时连接在三通分流阀的另一个入口，三通分流阀的出口连接在高温加热装置的入口，高温加热装置的出口通过管路连接在阀c的入口，连接热负荷设备a入口和阀b出口的管路还同时连接在阀a的入口，连接高温加热装置和阀c的管路还同时连接在阀a的出口，阀b入口连接的管道和阀c出口连接的管道与储热耦合器连通，阀b、热负荷设备a、循环泵a、三通分流阀、高温加热装置和阀c与储热耦合器形成第一高温加热放热系统回路，阀b、三通分流阀、高温加热装置和阀c与储热耦合器形成第二高温加热放热系统回路，热负荷设备a、循环泵a、三通分流阀、高温加热装置和阀a形成第三高温加热放热系统回路；位于热负荷设备a入口和阀b出口之间的管路，并且同时位于热负荷设备a入口和三通分流阀入口之间的管路，设有温度传感器。

2.根据权利要求1所述的以储热耦合器为结构中心的多种清洁热源供热系统，其特征在于：所述储热耦合器为容积式储热装置，阀b入口连接的管道和阀c出口连接的管道与容积式储热装置内的加热/放热换热器b的两端连接；

集热器出口连接的管道和循环泵c入口连接的管道与容积式储热装置内的加热器c的两端连接；

热泵机组出口连接的管道和循环泵d入口连接的管道与容积式储热装置内的加热器d的两端连接。

3.根据权利要求1所述的以储热耦合器为结构中心的多种清洁热源供热系统，其特征在于：所述储热耦合器为外设有加热/放热换热器a的容积式储热装置，加热/放热换热器a内有两组换热器管路，阀b入口连接的管道和阀c出口连接的管道与加热/放热换热器a内的一组换热器的管路两端连接；加热/放热换热器a内的另一组换热器的出口通过管路连接有循环泵b，循环泵b的出口和该组换热器的入口通过管路分别与容积式储热装置内的加热/放热换热器b的两端连接；

集热器出口连接的管道和循环泵c入口连接的管道与储热耦合器内的加热器c的两端连接；

热泵机组出口连接的管道和循环泵d入口连接的管道与储热耦合器内的加热器d的两端连接。

4.根据权利要求2或3所述的以储热耦合器为结构中心的多种清洁热源供热系统，其特征在于：所述容积式储热装置内设有储热材料。

5.根据权利要求1所述的以储热耦合器为结构中心的多种清洁热源供热系统，其特征在于：所述储热耦合器为设有混水器和分水器的保温储热水箱，保温储热水箱一侧设有混水器a和分水器a，另一侧设有混水器b和分水器b，集热器出口连接的管道与混水器a的一个进水口连接，循环泵c入口连接的管道与分水器a的一个出水口连接，热泵机组出口连接的管道与混水器a的另一个进水口连接，循环泵d入口连接的管道与分水器a的另一个出水口连接，混水器a的出水口通过管道连接在储热水箱内，分水器a的进水口通过管道也连接在储热水箱内；

阀b入口连接的管道与分水器b的一个出水口连接，阀c出口连接的管道与混水器b的一个入水口连接，分水器b的进水口通过管道连接在储热水箱内，混水器b的出水口通过管道也连接在储热水箱内。

6.根据权利要求5所述的以储热耦合器为结构中心的多种清洁热源供热系统，其特征在于：所述混水器b还设有另一个入水口，该入水口通过管道连接循环泵b的出水口，循环泵b的入水口通过管道连接热负荷设备b的出水口，热负荷设备b的入水口通过管道连接分水器b的另一个出水口。

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