CN211781378U - 一种相变谷电蓄热耦合水源热泵的供暖系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种相变谷电蓄热耦合水源热泵的供暖系统，包括相变蓄热模块，相变蓄热模块为双通道相变蓄热模块；相变蓄热模块与蒸发器构成回路，蒸发器与冷凝器构成回路，冷凝器上分别连有采暖回水管路和采暖供水管路；其中，各个回路的连接管路上均设置有控制所在管路通断的阀门；解决了现有相变谷电蓄热供暖系统无法全天候供暖以及相变储热装置存储热量利用率较低的问题。
Description
【技术领域】
本实用新型属于清洁供暖技术领域，具体涉及一种相变谷电蓄热耦合水源热泵的供暖系统。
【背景技术】
近些年，我国北方冬季利用燃煤供暖带来了严重的空气污染问题，在部分地区，燃煤供暖对冬季NOx排放的贡献率达到40％。“煤改气”和“煤改电”等重要清洁供暖技术受到广泛关注，但气源不充足、燃气锅炉的安全隐患和季节性用气不均衡等问题制约了天然气锅炉供暖的进一步推广。电采暖具有使用便捷、热效率高、可控性强等优点，但利用电直接制热采暖会加大电网峰值，影响电网运行安全。因此，有必要将电采暖与蓄热技术相结合，以便解决能量用户端和供给端在时间和数量上不匹配的问题。其中，相变蓄热技术已经部分实现商业化，成为当前的研究及示范应用热点。
现有的相变谷电蓄热供暖系统技术方案中，无法实现在相变蓄热装置蓄热期间系统向外界连续提供热水的能力。此外，在实际的蓄热应用中，对取热流体出口温度有着明确的要求，一般而言取热温度应高于40℃，由于换热温差的存在，在取热终止状态储热装置内储热材料温度远高于40℃，而储热材料一般从常温开始蓄热，导致储热装置内部储热材料有大于20度温差的存储显热无法利用，导致能量利用率降低。
【实用新型内容】
本实用新型的目的是提供一种相变谷电蓄热耦合水源热泵的供暖系统，以解决现有相变谷电蓄热供暖系统无法全天候供暖以及相变储热装置存储热量利用率较低的问题。
本实用新型采用以下技术方案：一种相变谷电蓄热耦合水源热泵的供暖系统，包括相变蓄热模块，相变蓄热模块为双通道相变蓄热模块；相变蓄热模块与蒸发器构成回路，蒸发器与冷凝器构成回路，冷凝器上分别连有采暖回水管路和采暖供水管路；其中，各个回路的连接管路上均设置有控制所在管路通断的阀门；
蒸发器，用于对经相变蓄热模块输送来的低温循环水的余热进行再回收；还用于将其收集的热量通过热流体传递至冷凝器；
冷凝器，用于接收蒸发器传送来的热流体，并利用该热流体将其接收到的采暖回水进行加热，当将采暖回水加热至目标温度后再输送至用户侧完成供暖。
进一步的，相变蓄热模块依次与换热器和电加热锅炉构成回路，换热器的上分别连有采暖回收管路和采暖供水管路；
其中，电加热锅炉，用于对供热循环管道内的循环水进行加热，并将加热后的循环水输送至相变蓄热模块进行储热；
相变蓄热模块，用于在其放热状态下，输送热流体至换热器进行换热，并将换热后的热流体返回至相变蓄热模块；
换热器，用于接收相变蓄热模块传送来的热流体，并利用该热流体将其接收到的采暖回水进行加热，当将采暖回水加热至目标温度后再输送至用户侧完成供暖。
进一步的，换热器上并联有管路，管路用于实现换热器是否接入一种相变谷电蓄热耦合水源热泵的供暖系统。
进一步的，电加热锅炉上并联有管路，管路用于实现电加热锅炉是否接入一种相变谷电蓄热耦合水源热泵的供暖系统。
本实用新型的有益效果是：本系统结构简单，将相变蓄热与水源热泵相结合，在低谷电时段运行电加热锅炉对相变储热装置进行蓄热；在峰电时段启动循环水泵，相变蓄热装置开始放热，向外界提供热水。当相变储热装置处于蓄热阶段时，启动另一换热流体通道的循环泵，此时相变储热装置处于边蓄边放状态，开启水源热泵，此阶段由水源热泵向外界提供用热需求。从而保证供暖系统全天后不间断向外界供热；此外利用水源热泵系统对相变储热装置内存储的剩余较低温度的余热进行深度回收，提高热能利用效率。
【附图说明】
图1为本实用新型一种相变谷电蓄热耦合水源热泵的供暖系统的结构示意图。
其中，1.电加热锅炉，2.第一阀门，3.换热器，4.相变蓄热模块，5.第一循环泵，6.第二阀门，7.第三阀门，8.第四阀门，12.第二循环泵，13.蒸发器，14.第七阀门，15.第八阀门，16.压缩机，17.冷凝器，18.膨胀阀。
【具体实施方式】
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。
本实用新型提供了一种相变谷电蓄热耦合水源热泵的供暖系统，包括相变蓄热模块4，相变蓄热模块4为双通道相变蓄热模块4；相变蓄热模块4与蒸发器 13构成回路，蒸发器13与冷凝器17构成回路，冷凝器17上分别连有采暖回水管路和采暖供水管路；其中，各个回路的连接管路上均设置有控制所在管路通断的阀门；蒸发器13，用于对经相变蓄热模块4输送来的低温循环水的余热进行再回收，实现热能梯级利用；还用于将其收集的热量通过热流体传递至冷凝器17；冷凝器17，用于接收蒸发器13传送来的热流体，并利用该热流体将其接收到的采暖回水进行加热，当将采暖回水加热至目标温度后再输送至用户侧完成供暖。
其中，相变蓄热模块4依次与换热器3和电加热锅炉1构成回路，换热器3 的上分别连有采暖回收管路和采暖供水管路；电加热锅炉1，用于对供热循环管道内的循环水进行加热，并将加热后的循环水输送至相变蓄热模块4进行储热；相变蓄热模块4，用于在其放热状态下，输送热流体至换热器3进行换热，并将换热后的热流体返回至相变蓄热模块4；换热器3，用于接收相变蓄热模块4传送来的热流体，并利用该热流体将其接收到的采暖回水进行加热，当将采暖回水加热至目标温度后再输送至用户侧完成供暖。
换热器3上并联有管路，管路用于实现换热器3是否接入一种相变谷电蓄热耦合水源热泵的供暖系统。
电加热锅炉1上并联有管路，管路用于实现电加热锅炉1是否接入一种相变谷电蓄热耦合水源热泵的供暖系统。
如图1所示，第一阀门2设置在电加热锅炉1与换热器3之间，第二阀门6 设置在电加热锅炉1的并联管路上，第三阀门7设置在电加热锅炉1与相变蓄热模块4之间，第四阀门8、第七阀门14设置在相变蓄热模块4与蒸发器13之间，第八阀门15设置在太阳能集热器10的并联管路上，第九阀门19设置在换热器3 的并联管路上，第十阀门20和第十一阀门21分别设置在换热器3供暖循环热水出口和进口管路上。压缩机16设置在冷凝器17向蒸发器13连接的管路上，膨胀阀18设置在蒸发器13向冷凝器17连接的管路上。
在该系统中，充分利用电网中的谷电、峰电的电价政策，实现电网的削峰填谷，满足清洁供暖的要求。
一种相变谷电蓄热耦合水源热泵的供暖系统，主要包括电加热锅炉供热循环系统、相变蓄热装置、水源热泵系统以及供暖系统。电加热锅炉供热循环系统：电加热锅炉1、第一阀门2、换热器3、相变蓄热装置4、第一循环泵5、第三阀门7依次通过供热循环管路连接，第二阀门6设置在电加热锅炉1的旁路管道上。
相变蓄热装置：相变蓄热装置4的一端传热流体进口与太阳能集热器10热水出口连接，对应的传热流体出口与蒸发器13冷冻水进口连接。相变蓄热模块4 的另一端传热流体进口与第一循环泵5流体出口连接，与之对应的传热流体出口与换热器3的热流体进口连接。
水源热泵系统：蒸发器13、压缩机16、冷凝器17、膨胀阀18依次通过制冷剂工质循环管路连接。
供暖系统：采暖回水管路分别与换热器3冷却水进口以及换热器3冷流体进口连接。
相变蓄热装置包括外壳和内胆壳，外壳与内胆壳间隙是保温材料，内胆壳内是相变材料。相变材料可选用结晶水合盐或石蜡类，相变温度为40℃-85℃。相变蓄热装置内布置两根螺旋盘管，以减小蓄热器内的死角。相变蓄热装置中的螺旋盘管是螺距和螺旋弯曲半径不同的两种螺旋盘管，外螺旋管弯曲半径和螺距较大，螺旋圈数较小，相对于内管而言。其中，内螺旋盘管与电加热锅炉供热循环系统相连接，外螺旋盘管与太阳能集热器供热循环系统相连接。相变蓄热装置内的两根螺旋盘管与电加热锅炉供热循环系统相连接时，要保证在相变蓄热装置的蓄热阶段满足传热流体的进口方式为热流下进上出。相变蓄热装置内的螺旋盘管材质可选用304、316L不锈钢或铜合金，换热管可为光滑管、波纹管或翅片管，换热管的直径可在5-15mm之间。
电加热锅炉包含多组加热元件，加热锅炉的启停、锅炉目标加热温度的设置以及加热元件的投放组数均由加热控制系统控制。
供回水管路的输出温度以及流量的调节由供暖控制系统控制。
相变蓄热装置内的温度探头套有测温盲管，可防止相变材料对温度探头的腐蚀，探头和盲管内的间隙填充有高导热性的粉体材料，以便减小传热热阻。测温盲管安装时需防止其与换热管壁、内胆壳壁以及螺旋盘管支撑固定件的接触，布置于装置中心位置。
本实用新型的一种相变谷电蓄热耦合水源热泵的供暖系统的使用方法为：将换热器3与相变蓄热模块4和电加热锅炉1均断开连接，并将换热器3上的并联管路连通，使得相变蓄热模块4和电加热锅炉1构成回路，电加热锅炉1加热循环水，并将循环水输送至相变蓄热装置4中储存热量。蒸发器13吸收从相变蓄热模块4流出的低温供暖循环水的热量，并将其传递至冷凝器17；采暖回水在冷凝器17中被加热至目标温度后输送至用户侧完成供暖。将电加热锅炉1分别与相变蓄热模块4和换热器3断开连接，并将电加热锅炉1上的并联管路连通，使得相变蓄热模块4和换热器3构成回路，使相变蓄热装置4处于释热状态，相变材料将储存的热量传递给循环水，升温后的循环水在换热器3中加热采暖回水，完成供暖。本发明的具体使用中，可以根据需要组合连接各个模块单元，以完成所需实现的功能。
实施例1
在峰电时段，当外界需要采暖时，利用相变储热装置在谷电时段存储的热量进行供暖。此时启动相变装置4，关闭第一阀门2和第三阀门7，打开第二阀门6，打开第十阀门20和第十一阀门21，关闭第九阀门19，启动第一循环泵5，此时相变蓄热装置4处于释热状态，相变材料将储存的热量传递给循环水，升温后的热流体在换热器3中加热采暖回水，完成供暖。
实施例2
在谷电或平电时段，打开第一阀门2和第三阀门7，关闭第二阀门6，关闭第十阀门20和第十一阀门21，打开第九阀门19，依次启动第一循环泵5 和电加热锅炉1，在电加热锅炉1中被加热的循环水经第一循环泵5输送至相变蓄热装置4中，将热量传递给相变材料进行储存，此时换热器3的采暖回水管道上的阀门关闭，相变蓄热装置4处于蓄热状态。
在此阶段，当相变蓄热装置4处于蓄热状态而外界需要采暖时，打开第七阀门14，启动第二循环泵12，低温循环水被输送至相变蓄热装置4中进取热，升温后的循环水作为水源热泵的热源，由热泵系统完成对外供暖需求。
本系统结构简单，将相变蓄热与水源热泵相结合，在低谷电时段运行电加热锅炉对相变储热装置进行蓄热；在峰电时段启动循环水泵，相变蓄热装置开始放热，向外界提供热水。当相变储热装置处于蓄热阶段时，启动另一换热流体通道的循环泵，此时相变储热装置处于边蓄边放状态，开启水源热泵，此阶段由水源热泵向外界提供用热需求。从而保证供暖系统全天后不间断向外界供热；此外利用水源热泵系统对相变储热装置内存储的剩余较低温度的余热进行深度回收，提高热能利用效率。
Claims (4)
1.一种相变谷电蓄热耦合水源热泵的供暖系统，其特征在于，包括相变蓄热模块(4)；所述相变蓄热模块(4)与蒸发器(13)构成回路，所述蒸发器(13)与冷凝器(17)构成回路，所述冷凝器(17)上分别连有采暖回水管路和采暖供水管路；其中，各个回路的连接管路上均设置有控制所在管路通断的阀门；
所述蒸发器(13)，用于对经所述相变蓄热模块(4)输送来的低温循环水的余热进行再回收；还用于将其收集的热量通过热流体传递至所述冷凝器(17)；
所述冷凝器(17)，用于接收所述蒸发器(13)传送来的热流体，并利用该热流体将其接收到的采暖回水进行加热，当将采暖回水加热至目标温度后再输送至用户侧完成供暖。
2.如权利要求1所述的一种相变谷电蓄热耦合水源热泵的供暖系统，其特征在于，所述相变蓄热模块(4)依次与换热器(3)和电加热锅炉(1)构成回路，所述换热器(3)的上分别连有采暖回收管路和采暖供水管路；
其中，所述电加热锅炉(1)，用于对供热循环管道内的循环水进行加热，并将加热后的循环水输送至所述相变蓄热模块(4)进行储热；
所述相变蓄热模块(4)，用于在其放热状态下，输送热流体至换热器(3)进行换热，并将换热后的热流体返回至所述相变蓄热模块(4)；
所述换热器(3)，用于接收所述相变蓄热模块(4)传送来的热流体，并利用该热流体将其接收到的采暖回水进行加热，当将采暖回水加热至目标温度后再输送至用户侧完成供暖。
3.如权利要求2所述的一种相变谷电蓄热耦合水源热泵的供暖系统，其特征在于，所述换热器(3)上并联有管路，所述管路用于实现所述换热器(3)是否接入所述一种相变谷电蓄热耦合水源热泵的供暖系统。
4.如权利要求2或3所述的一种相变谷电蓄热耦合水源热泵的供暖系统，其特征在于，所述电加热锅炉(1)上并联有管路，所述管路用于实现所述电加热锅炉(1)是否接入所述一种相变谷电蓄热耦合水源热泵的供暖系统。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN115307317A (zh) * | 2022-08-05 | 2022-11-08 | 合肥美的暖通设备有限公司 | 加热处理方法和装置 |
| CN117847609A (zh) * | 2022-09-30 | 2024-04-09 | 比亚迪股份有限公司 | 适用于盐湖提锂的能源供应系统及利用其供给能源的方法 |
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