CN214276631U - 一种带有控温系统的梯级相变蓄热装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种带有控温系统的梯级相变蓄热装置，包括热源工质、第一冷源工质、第二冷源工质和温度缓冲罐，所述热源工质的工质出口通过管路连接有温控三通阀，所述温控三通阀的出口端通过管路分别连接有一级蓄热组件、二级蓄热组件和三级蓄热组件，且所述温控三通阀的出口端分别与所述一级蓄热组件、所述二级蓄热组件和所述三级蓄热组件的输入端流体导通。当该装置进行蓄热时，热源工质在温控三通阀的作用下，根据热源工质温度的不同分别被引流到一级蓄热单元、二级蓄热单元和三级蓄热单元，这种方法可以保证热源工质根据温度的不同进入合适熔点的蓄热组件，使得每个蓄热组件中相变材料可以更多的吸收热源工质热量。

Description

一种带有控温系统的梯级相变蓄热装置

技术领域

本实用新型涉及相变蓄热技术领域。具体地说是一种带有控温系统的梯级相变蓄热装置。

背景技术

在相变蓄热系统充放热过程中，由于传热源工质与相变材料之间不断进行热交换，因此充热时传热源工质的温度沿流动方向逐渐降低，释热时则沿流动方向逐渐升高，而相变材料温度稳定在相变温度附近，使得传热源工质与相变材料之间的温差逐渐缩小，导致蓄热系统尾部热流密度和换热效率降低，进而导致整体充放热效率的降低。将多个不同相变温度的相变材料沿竖直方向或者传热源工质流动方向的相变温度呈递减顺序排列组成的梯级相变蓄热系统，可以使得传热源工质与相变材料之间保持接近恒定的温差，提高二者之间的平均温差，进而提升相变蓄热系统整体充放热效率。

实用新型内容

为此，本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种具有热源工质流动、能源利用率高、系统运行效率高以及热量吸收充分并且能够温度微调功能的一种带有控温系统的梯级相变蓄热装置。

为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：

一种带有控温系统的梯级相变蓄热装置，包括热源工质、第一冷源工质、第二冷源工质和温度缓冲罐，所述热源工质的工质出口通过管路连接有温控三通阀，所述温控三通阀的出口端通过管路分别连接有一级蓄热组件、二级蓄热组件和三级蓄热组件，且所述温控三通阀的出口端分别与所述一级蓄热组件、所述二级蓄热组件和所述三级蓄热组件的输入端流体导通，所述第一冷源工质的工质出口通过管路与所述一级蓄热组件、所述二级蓄热组件和所述三级蓄热组件流体导通，所述一级蓄热组件、所述二级蓄热组件和所述三级蓄热组件输出端的管路与所述温度缓冲罐的输入端流体导通，所述温度缓冲罐内分别设置有柱形导流管和电热丝，且所述电热丝临近所述温度缓冲罐的输入端，所述温度缓冲罐侧壁上穿设有管路，且所述管路远离所述温度缓冲罐的一端与所述第二冷源工质的工质出口端流体导通，所述温度缓冲罐的输出端连接有管路。

上述一种带有控温系统的梯级相变蓄热装置，所述第一冷源工质的工质出口与所述一级蓄热组件、所述二级蓄热组件和所述三级蓄热组件流体导通的管路上设置有泵；

所述一级蓄热组件、所述二级蓄热组件和所述三级蓄热组件的输出端上分别设置有阀门，且所述一级蓄热组件、所述二级蓄热组件和所述三级蓄热组件的输出端管路两两并联；

所述第一冷源工质的流体走向为从所述三级蓄热组件向所述二级蓄热组件再向所述一级蓄热组件。

上述一种带有控温系统的梯级相变蓄热装置，所述一级蓄热组件包括 PCM1和一级蓄热单元，所述PCM1为一级相变材料，且相变温度为120℃左右；

所述二级蓄热组件包括PCM2和二级蓄热单元，所述PCM2为二级相变材料，且相变温度为90℃左右；

所述三级蓄热组件包括PCM3和三级蓄热单元，所述PCM3为三级相变材料，且相变温度为60℃左右。

上述一种带有控温系统的梯级相变蓄热装置，所述PCM1、所述PCM2和所述PCM3的熔点依次降低，目的是使所述一级蓄热组件、所述二级蓄热组件和所述三级蓄热组件中的所述PCM1、所述PCM2和所述PCM3可以更多的吸收热源工质的热量。

上述一种带有控温系统的梯级相变蓄热装置，在蓄热过程中，所述热源工质流经所述温控三通阀，根据所述热源工质的温度不同，则被引流到所述一级蓄热组件、所述二级蓄热组件和所述三级蓄热组件中，如果所述热源工质的温度大于120℃，则引流到一级蓄热组件；如果所述热源工质的温度在 90℃到120℃之间，则引流到二级蓄热单元；如果所述热源工质的温度在60 ℃到90℃之间，则引流到三级蓄热单元。

上述一种带有控温系统的梯级相变蓄热装置，温度大于120℃的所述热源工质在所述一级蓄热组件内放热之后被引流到所述二级蓄热组件中继续放热，并在所述二级蓄热组件内放热之后进入到所述三级蓄热组件内继续放热，直到流出所述三级蓄热组件；

温度大于90℃的所述热源工质在所述二级蓄热组件内放热之后进入到所述三级蓄热组件内继续放热，直到流出所述三级蓄热组件；

温度大于60℃的所述热源工质在所述三级蓄热组件内继续放热，直到流出所述三级蓄热组件。

上述一种带有控温系统的梯级相变蓄热装置，在放热过程中，所述第一冷源工质的流体走向是从所述三级蓄热组件向所述二级蓄热组件再向所述一级蓄热组件流动，所述一级蓄热组件、所述二级蓄热组件和所述三级蓄热组件分别可以向外通过管路输出加热后的第一冷源工质；

所述一级蓄热组件、所述二级蓄热组件和所述三级蓄热组件向外输出加热后的所述第一冷源工质的管路两两并联，通过按不同比例混合吸收了不同热量的第一冷源工质，来达到温度粗调的目的。

上述一种带有控温系统的梯级相变蓄热装置，所述一级蓄热组件、所述二级蓄热组件和所述三级蓄热组件分别可以向外输出120℃、90℃和60℃左右的所述第一冷源工质，通过管路的两两并联，可以实现向外输出温度在 60℃-120℃区间的所述第一冷源工质；

从所述一级蓄热组件、所述二级蓄热组件和所述三级蓄热组件中流出的第一冷源工质进入所述温度缓冲罐内，使所述第一冷源工质温度均匀，位于所述温度缓冲罐内的所述电热丝和流入所述温度缓冲罐内的所述第二冷源工质是为了精确调控所述温度缓冲罐内所述第一冷源工质的温度。

本实用新型的技术方案取得了如下有益的技术效果：

1、本实用新型通过设置一级蓄热组件、二级蓄热组件、三级蓄热组件和热源工质，当该装置进行蓄热时，热源工质在温控三通阀的作用下，根据热源工质温度的不同分别被引流到一级蓄热单元、二级蓄热单元和三级蓄热单元，这种方法可以保证热源工质根据温度的不同进入合适熔点的蓄热组件，使得每个蓄热组件中相变材料可以更多的吸收热源工质热量。

2、本实用新型通过设置第一冷源工质、温度缓冲罐、电热丝和第二冷源工质，当该装置进行放热时，第一冷源工质从PCM1向PCM2再向PCM3流动，将一级蓄热组件、二级蓄热组件和三级蓄热组件向外输出的管路两两并联，通过按照不同的比例混合吸收了不同热量的第一冷源工质，达到对第一冷源工质温度粗调的目的，两两并联的管路使得向外输出120℃左右第一冷源工质的一级蓄热组件、向外输出90℃左右第一冷源工质的二级蓄热组件和向外输出60℃左右第一冷源工质的三级蓄热组件相互融合，并实现向温度缓冲罐内输出60-120℃区间的第一冷源工质，临近温度缓冲罐内输入端的电热丝和注入到温度缓冲罐内的第二冷源工质对温度缓冲罐内的第一冷源工质进行精准调控。

附图说明

图1本实用新型一种带有控温系统的梯级相变蓄热装置的结构示意图。

图中附图标记表示为：1-一级蓄热组件；2-二级蓄热组件；3-三级蓄热组件；4-温控三通阀；5-第二冷源工质；6-阀门；7-泵；8-温度缓冲罐；9- 柱形导流管；10-电热丝；11-热源工质；12-第一冷源工质。

具体实施方式

本实施例一种带有控温系统的梯级相变蓄热装置，包括热源工质11、第一冷源工质12、第二冷源工质5和温度缓冲罐8，所述热源工质11的工质出口通过管路连接有温控三通阀4，所述温控三通阀4对所述热源工质11 进行了一次所述热源工质11的分配，可以使所述热源工质11的热量利用更高效，所述温控三通阀4的出口端通过管路分别连接有一级蓄热组件1、二级蓄热组件2和三级蓄热组件3，且所述温控三通阀4的出口端分别与所述一级蓄热组件1、所述二级蓄热组件2和所述三级蓄热组件3的输入端流体导通，所述第一冷源工质12的工质出口通过管路与所述一级蓄热组件1、所述二级蓄热组件2和所述三级蓄热组件3流体导通，所述一级蓄热组件1、所述二级蓄热组件2和所述三级蓄热组件3输出端的管路与所述温度缓冲罐 8的输入端流体导通，所述温度缓冲罐8内分别设置有柱形导流管9和电热丝10，且所述电热丝10临近所述温度缓冲罐8的输入端，所述柱形导流管 9强化流体换热的自然对流过程，所述温度缓冲罐8侧壁上穿设有管路，且所述管路远离所述温度缓冲罐8的一端与所述第二冷源工质5的工质出口端流体导通，所述温度缓冲罐8的输出端连接有管路。

所述第一冷源工质12的工质出口与所述一级蓄热组件1、所述二级蓄热组件2和所述三级蓄热组件3流体导通的管路上设置有泵7；

所述一级蓄热组件1、所述二级蓄热组件2和所述三级蓄热组件3的输出端上分别设置有阀门6，且所述一级蓄热组件1、所述二级蓄热组件2和所述三级蓄热组件3的输出端管路两两并联；

所述第一冷源工质12的流体走向为从所述三级蓄热组件3向所述二级蓄热组件2再向所述一级蓄热组件1，所述一级蓄热组件1包括PCM1和一级蓄热单元，所述PCM1为一级相变材料，且相变温度为120℃左右；所述二级蓄热组件2包括PCM2和二级蓄热单元，所述PCM2为二级相变材料，且相变温度为90℃左右；所述三级蓄热组件3包括PCM3和三级蓄热单元，所述 PCM3为三级相变材料，且相变温度为60℃左右；通过设置一级蓄热组件1、二级蓄热组件2、三级蓄热组件3和热源工质11，当该装置进行蓄热时，热源工质11在温控三通阀4的作用下，根据热源工质11温度的不同分别被引流到一级蓄热单元、二级蓄热单元和三级蓄热单元，这种方法可以保证热源工质11根据温度的不同进入合适熔点的蓄热组件，使得每个蓄热组件中相变材料可以更多的吸收热源工质11热量，通过设置第一冷源工质12、温度缓冲罐8、电热丝10和第二冷源工质5，当该装置进行放热时，第一冷源工质12从PCM1向PCM2再向PCM3流动，将一级蓄热组件1、二级蓄热组件2 和三级蓄热组件3向外输出的管路两两并联，通过按照不同的比例混合吸收了不同热量的第一冷源工质12，达到对第一冷源工质12温度粗调的目的，两两并联的管路使得向外输出120℃左右第一冷源工质12的一级蓄热组件1、向外输出90℃左右第一冷源工质12的二级蓄热组件2和向外输出60℃左右第一冷源工质12的三级蓄热组件3相互融合，并实现向温度缓冲罐8内输出60-120℃区间的第一冷源工质12，临近温度缓冲罐8内输入端的电热丝 10和注入到温度缓冲罐8内的第二冷源工质5对温度缓冲罐8内的第一冷源工质12进行精准调控，所述PCM1、所述PCM2和所述PCM3的熔点依次降低，目的是使所述一级蓄热组件1、所述二级蓄热组件2和所述三级蓄热组件3中的所述PCM1、所述PCM2和所述PCM3可以更多的吸收热源工质11的热量。

在蓄热过程中，所述热源工质11流经所述温控三通阀4，根据所述热源工质11的温度不同，则被引流到所述一级蓄热组件1、所述二级蓄热组件2和所述三级蓄热组件3中，如果所述热源工质11的温度大于120℃，则引流到一级蓄热组件1；如果所述热源工质11的温度在90℃到120℃之间，则引流到二级蓄热单元；如果所述热源工质11的温度在60℃到90℃之间，则引流到三级蓄热单元，温度大于120℃的所述热源工质11在所述一级蓄热组件1内放热之后被引流到所述二级蓄热组件2中继续放热，并在所述二级蓄热组件2内放热之后进入到所述三级蓄热组件3内继续放热，直到流出所述三级蓄热组件3；温度大于90℃的所述热源工质11在所述二级蓄热组件2内放热之后进入到所述三级蓄热组件3内继续放热，直到流出所述三级蓄热组件3；温度大于60℃的所述热源工质11在所述三级蓄热组件3 内继续放热，直到流出所述三级蓄热组件3。

在放热过程中，所述第一冷源工质12的流体走向是从所述三级蓄热组件3向所述二级蓄热组件2再向所述一级蓄热组件1流动，所述一级蓄热组件1、所述二级蓄热组件2和所述三级蓄热组件3分别可以向外通过管路输出加热后的第一冷源工质12；

所述一级蓄热组件1、所述二级蓄热组件2和所述三级蓄热组件3向外输出加热后的所述第一冷源工质12的管路两两并联，通过按不同比例混合吸收了不同热量的第一冷源工质12，来达到温度粗调的目的；

所述一级蓄热组件1、所述二级蓄热组件2和所述三级蓄热组件3分别可以向外输出120℃、90℃和60℃左右的所述第一冷源工质12，通过管路的两两并联，可以实现向外输出温度在60℃-120℃区间的所述第一冷源工质 12；

从所述一级蓄热组件1、所述二级蓄热组件2和所述三级蓄热组件3中流出的第一冷源工质12进入所述温度缓冲罐8内，使所述第一冷源工质12温度均匀，位于所述温度缓冲罐8内的所述电热丝10和流入所述温度缓冲罐 8内的所述第二冷源工质5是为了精确调控所述温度缓冲罐8内所述第一冷源工质12的温度。

在本实施例中，热源工质11通过热源工质11出口管路上的温控三通阀 4分别被引流到与所述温控三通阀4流体导通的一级蓄热组件1、二级蓄热组件2和三级蓄热组件3内，如果所述热源工质11的温度大于120℃，则被引流到所述一级蓄热组件1内，并在所述一级蓄热组件1内放热，放热之后则被引流到所述二级蓄热组件2内，在所述二级蓄热组件2内继续放热；如果所述热源工质11的温度在90℃到120℃之间，则被引流到所述二级蓄热组件2内，并在所述二级蓄热组件2内放热，放热之后则被引流到所述三级蓄热组件3内，在所述三级蓄热组件3内继续放热；如果所述热源工质 11的温度在60℃到90℃之间，则被引流到所述三级蓄热组件3内，并在所述三级蓄热组件3内放热，放热之后流出所述三级蓄热组件3，以此达到蓄热的目的；在放热过程中，第一冷源工质12的流动方向是从所述三级蓄热组件3向所述二级蓄热组件2再向所述一级蓄热组件1流动，所述一级蓄热组件1、所述二级蓄热组件2和所述三级蓄热组件3分别可以向外输出加热后的所述第一冷源工质12，并且向外输出所述第一冷源工质12的管路两两并联，通过按不同比例混合吸收不同热量的所述第一冷源工质12，来达到温度粗调的目的，所述一级蓄热组件1、所述二级蓄热组件2和所述三级蓄热组件3分别可以向外输出120℃、90℃和60℃的所述第一冷源工质12，通过输出管路的两两并联，可以实现向外输出60℃-120℃区间的所述第一冷源工质12，并且向外输出的所述第一冷源工质12流入温度缓冲罐8内，所述温度缓冲罐8内的电热丝10和注入所述温度缓冲罐8内的第二冷源工质5能够精确调控所述第一冷源工质12的温度。

具体工作原理为：

在蓄热过程中，热源工质11在温控三通阀4的作用下根据温度的不同分别被引流到一级蓄热组件1、二级蓄热组件2和三级蓄热组件3内，如果热源工质11的温度大于120℃，则被引流到一级蓄热组件1内，并在一级蓄热组件1内放热，放热之后则被引流到二级蓄热组件2内，在二级蓄热组件2内继续放热；如果热源工质11的温度在90℃到120℃之间，则被引流到二级蓄热组件2内，并在二级蓄热组件2内放热，放热之后则被引流到三级蓄热组件3内，在三级蓄热组件3内继续放热；如果热源工质11的温度在60℃到90℃之间，则被引流到三级蓄热组件3内，并在三级蓄热组件3 内放热，放热之后流出三级蓄热组件3，这种方法可以保证热源工质11依据温度的不同进入合适熔点的蓄热组件内，以此达到蓄热的目的；

在放热过程中，第一冷源工质12从所述三级蓄热组件3向所述二级蓄热组件2再向所述一级蓄热组件1流动，一级蓄热组件1、二级蓄热组件2 和三级蓄热组件3向外输出第一冷源工质12的管路两两并联，通过按不同比例混合吸收了不同热量的第一冷源工质12，来达到温度粗调的目的，一级蓄热组件1、二级蓄热组件2和三级蓄热组件3分别可以向外输出120℃、 90℃和60℃左右的第一冷源工质12，在两两并联的管路的作用下，实现向外输出60℃-120℃区间的第一冷源工质12，并且输出的第一冷源工质12进入到温度缓冲罐8内，温度缓冲罐8内的电热丝10以及注入温度缓冲罐8 内的第二冷源工质5对温度缓冲罐8内的第一冷源工质12的温度进行精准调控。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。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它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本专利申请权利要求的保护范围之中。

Claims (4)

1.一种带有控温系统的梯级相变蓄热装置，其特征在于，包括热源工质(11)、第一冷源工质(12)、第二冷源工质(5)和温度缓冲罐(8)，所述热源工质(11)的工质出口通过管路连接有温控三通阀(4)，所述温控三通阀(4)的出口端通过管路分别连接有一级蓄热组件(1)、二级蓄热组件(2)和三级蓄热组件(3)，且所述温控三通阀(4)的出口端分别与所述一级蓄热组件(1)、所述二级蓄热组件(2)和所述三级蓄热组件(3)的输入端流体导通，所述第一冷源工质(12)的工质出口通过管路与所述一级蓄热组件(1)、所述二级蓄热组件(2)和所述三级蓄热组件(3)流体导通，所述一级蓄热组件(1)、所述二级蓄热组件(2)和所述三级蓄热组件(3)输出端的管路与所述温度缓冲罐(8)的输入端流体导通，所述温度缓冲罐(8)内分别设置有柱形导流管(9)和电热丝(10)，且所述电热丝(10)临近所述温度缓冲罐(8)的输入端，所述温度缓冲罐(8)侧壁上穿设有管路，且所述管路远离所述温度缓冲罐(8)的一端与所述第二冷源工质(5)的工质出口端流体导通，所述温度缓冲罐(8)的输出端连接有管路。

2.根据权利要求1所述的一种带有控温系统的梯级相变蓄热装置，其特征在于，所述第一冷源工质(12)的工质出口与所述一级蓄热组件(1)、所述二级蓄热组件(2)和所述三级蓄热组件(3)流体导通的管路上设置有泵(7)；

所述一级蓄热组件(1)、所述二级蓄热组件(2)和所述三级蓄热组件(3)的输出端上分别设置有阀门(6)，且所述一级蓄热组件(1)、所述二级蓄热组件(2)和所述三级蓄热组件(3)的输出端管路两两并联；

所述第一冷源工质(12)的流体走向为从所述三级蓄热组件(3)向所述二级蓄热组件(2)再向所述一级蓄热组件(1)。

3.根据权利要求1所述的一种带有控温系统的梯级相变蓄热装置，其特征在于，所述一级蓄热组件(1)包括PCM1和一级蓄热单元，所述PCM1为一级相变材料，且相变温度为120℃左右；

所述二级蓄热组件(2)包括PCM2和二级蓄热单元，所述PCM2为二级相变材料，且相变温度为90℃左右；

所述三级蓄热组件(3)包括PCM3和三级蓄热单元，所述PCM3为三级相变材料，且相变温度为60℃左右。

4.根据权利要求3所述的一种带有控温系统的梯级相变蓄热装置，其特征在于，所述PCM1、所述PCM2和所述PCM3的熔点依次降低，目的是使所述一级蓄热组件(1)、所述二级蓄热组件(2)和所述三级蓄热组件(3)中的所述PCM1、所述PCM2和所述PCM3可以更多的吸收热源工质(11)的热量。

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