梯级蓄热供热系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种梯级蓄热供热系统，包括通过梯级换热循环管道顺次连接的梯级换热循环泵、高温蓄热模块、过渡稳流蓄热换热模块构成的梯级换热回路和通过供热管道顺次连接的过渡稳流蓄热换热模块、供热循环泵构成的供热回路，高温蓄热模块包括内部设有换热管路的高温蓄热体，换热管路的进出口端均与梯级换热循环管道相连，过渡稳流蓄热换热模块包括内部设有多条加热换热管和放热换热管的中低温相变蓄热体，加热换热管的进出口端均与梯级换热循环管道相连；放热换热管的进出口端均与供热管道相连；梯级换热循环管道内和供热管道内均设有循环传热物质，过渡稳流蓄热换热模块和供热循环泵之间设有用热设备。本发明专利技术储热量大且供热稳定。

【技术实现步骤摘要】
梯级蓄热供热系统及方法
本专利技术涉及蓄热供热
更具体地说，本专利技术涉及一种梯级蓄热供热系统及方法。
技术介绍
在为了合理使用能源以及提高能源的利用效率，调节能源供应侧和能源需求侧之间的时间差，近些年来，储能技术得到了大力的支持和发展。蓄热技术主要分为热化学蓄热、显热蓄热和相变蓄热3种。显热蓄热是通过蓄热体的比热容和温差实现蓄热，通过温度的升高或降低实现热量的储存或释放的方法。高温显热蓄热因操作简便、储能密度高而得到广泛应用，但是随着蓄热体温度的下降，输出功率会发生较大波动，换热也不稳定。中国专利ZL201610318705.7和ZL201610323747.X提出主要采用并联和串联管路的方式，通过在不同的温区段切换相应的管路增加换热面积的方法实现了高温蓄热体的换热功率在一定的允许范围内波动，但是该方案并不能完全解决温度波动的问题，只能得到一定波动范围的稳定供热。对于一些对热惯性不敏感的供热系统，采用上述方案满足需求时，更会面临控制层数增加，系统可靠性下降，操作难度加大，成本增加等多种问题。相变蓄热(潜热蓄热)是利用流体的汽化潜热实现蓄热的方法。相变蓄热具有相变蓄热具有相变潜热大、相变温区窄、可显著降低蓄热装置的尺寸等优点，是目前国内外研究的热点，但是相变蓄热存在导热性能差、储能密度低、腐蚀性严重等问题。中国专利CN203518746U公开了一种多级热回收相变蓄热器，由多个填充有不同相变温度材料的单级相变蓄热器串联而成，提高了相变材料的吸热速率和放热速率但该专利中采用螺旋盘管换热结构，一般受材料限制，难以适用于高温环境。中国专利CN110081753A公开了一种高温梯级相变蓄热装置及蓄热方法，所述的高温梯级相变蓄热装置由n个内部设有蓄热单元的模块组成，第一蓄热模块到第n个蓄热模块分别用于承载相变温度依次递减的所述相变蓄热介质。该方法简化了多级回收蓄热器的结构，提高了相变材料的吸放热速率，但不能解决相变蓄热器储能密度低的问题。高储能密度的高温蓄热器换热功率不稳定、控制和管路布置较为复杂，中低温相变蓄热器储能密度低，都不具备稳定可控输出的能力。因此，亟需一种能兼顾储能密度高和供热稳定可靠的供热系统。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。本专利技术还有一个目的是提供一种梯级蓄热供热系统，其通过将高储能密度的高温蓄热体与低储能密度的中低温相变蓄热体结合供热，既能保证蓄热供热系统供热功率稳定，又能保证蓄热体储热量充足。为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点，提供了一种梯级蓄热供热系统，包括：梯级换热回路，其包括通过梯级换热循环管道顺次连接的梯级换热循环泵、高温蓄热模块、过渡稳流蓄热换热模块，所述高温蓄热模块包括高温蓄热体，所述高温蓄热体内部设置有换热管路，所述换热管路的进出口端均与所述梯级换热循环管道相连，所述过渡稳流蓄热换热模块包括中低温相变蓄热体，所述中低温相变蓄热体内部设置有多条加热换热管和放热换热管，所述加热换热管的进出口端均与所述梯级换热循环管道相连；供热回路，其包括通过供热管道顺次连接的所述过渡稳流蓄热换热模块、供热循环泵，所述放热换热管的进出口端均与所述供热管道相连；其中，所述梯级换热循环管道内、所述供热管道内均设置有循环传热物质，所述过渡稳流蓄热换热模块和所述供热循环泵之间设置有用热设备。优选的是，所述的梯级蓄热供热系统中，所述高温蓄热体上设置有第一温度传感器、加热棒安装孔、换热管安装孔，所述加热棒安装孔内插设有高温加热棒，所述换热管安装孔内设置有所述换热管路，所述换热管路的进出口端分别设置有高温蓄热模块单向进口阀和高温蓄热模块单向出口阀，所述换热管路的进出口处均设置有第二温度传感器，所述高温蓄热体的外部包覆有第一保温层。优选的是，所述的梯级蓄热供热系统中，所述高温蓄热体由高温蓄热材料组成，所述高温蓄热材料包括石墨、耐火砖、混凝土、高温陶瓷、铸铁中的至少一种。优选的是，所述的梯级蓄热供热系统中，所述换热管路的换热面积固定。优选的是，所述的梯级蓄热供热系统中，所述中低温相变蓄热体内部交错设置有多条加热换热管和所述放热换热管，多条加热换热管的入口端设置有入口分流箱、出口端设置有出口集箱，所述放热换热管的进出口端分别设置有中低温相变蓄热模块单向进口阀和中低温相变蓄热模块单向出口阀，所述中低温相变蓄热体内还设置有第三温度传感器和低温辅助加热模块，所述中低温相变蓄热体外包覆有第二保温层。优选的是，所述的梯级蓄热供热系统中，所述中低温相变蓄热体由中低温相变蓄热材料组成，所述中低温相变蓄热材料包括石蜡、石蜡基复合相变储能材料、糖醇、糖醇类相变材料中的至少一种。优选的是，所述的梯级蓄热供热系统中，所述供热管道上还设置有热量计。本专利技术还提供了一种梯级蓄热供热方法，包括以下步骤：步骤一、加热高温蓄热体和中低温相变蓄热体至预设温度；步骤二、使中低温相变蓄热体给用热设备供热，当中低温相变蓄热体的供热量达到其蓄热量的70％或当中低温相变蓄热体的温度低于其相变温度时，让高温蓄热体给中低温相变蓄热体进行充热，至中低温相变蓄热体的温度高于其相变温度，停止充热；其中，所述高温蓄热体的最低换热功率为所述中低温相变蓄热体的额定供热功率。优选的是，所述的梯级蓄热供热方法中，所述步骤二中，根据中低温相变蓄热体的供热功率调节中低温相变蓄热体给用热设备的供热流量。优选的是，所述的梯级蓄热供热方法中，所述高温蓄热体的有效储热密度不小于所述中低温相变蓄热体的有效储热密度的2倍。本专利技术至少包括以下有益效果：一、本专利技术的梯级蓄热供热系统采用高储能密度的高温蓄热体与低储能密度的中低温相变蓄热体结合的设计结构，解决了高温蓄热体换热功率不稳定、控制和管路布置复杂，以及中低温相变蓄热体储能密度低的问题，该系统不仅储能密度大，且供热稳定性好，供热可靠性高。二、本专利技术提供了一种基于相变材料的同时具有充放热功能的过渡稳流蓄热换热模块，实现了高温蓄热模块可控稳定供热，同时降低了高温蓄热模块的设计复杂性，使得高温蓄热模块结构更加简单。本专利技术的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本专利技术的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。附图说明图1为本专利技术其中一种技术方案中的梯级蓄热供热系统结构示意图；图2为本专利技术其中一种技术方案中的高温蓄热模块结构示意图；图3为本专利技术其中一种技术方案中的高温蓄热模块的剖面结构示意图；图4为本专利技术其中一种技术方案中的过渡稳流蓄热换热模块结构示意图；图5为本专利技术其中一种技术方案中的过渡稳流蓄热换热模块的剖面结构示意图；其中，1-高温蓄热模块，11-高温蓄热体，12-高温加热棒，13-换热管路，14-第一温度传感器，15-第一保温层，16-加热棒安装孔，17-换热管安装孔，18-第二温度传感器，2-过渡稳流蓄热换热模块，21-中低温相变蓄热体，22-加热换热管，2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.梯级蓄热供热系统，其特征在于，包括：/n梯级换热回路，其包括通过梯级换热循环管道顺次连接的梯级换热循环泵、高温蓄热模块、过渡稳流蓄热换热模块，所述高温蓄热模块包括高温蓄热体，所述高温蓄热体内部设置有换热管路，所述换热管路的进出口端均与所述梯级换热循环管道相连，所述过渡稳流蓄热换热模块包括中低温相变蓄热体，所述中低温相变蓄热体内部设置有多条加热换热管和放热换热管，所述加热换热管的进出口端均与所述梯级换热循环管道相连；/n供热回路，其包括通过供热管道顺次连接的所述过渡稳流蓄热换热模块、供热循环泵，所述放热换热管的进出口端均与所述供热管道相连；/n其中，所述梯级换热循环管道内、所述供热管道内均设置有循环传热物质，所述过渡稳流蓄热换热模块和所述供热循环泵之间设置有用热设备。/n

【技术特征摘要】
1.梯级蓄热供热系统，其特征在于，包括：
梯级换热回路，其包括通过梯级换热循环管道顺次连接的梯级换热循环泵、高温蓄热模块、过渡稳流蓄热换热模块，所述高温蓄热模块包括高温蓄热体，所述高温蓄热体内部设置有换热管路，所述换热管路的进出口端均与所述梯级换热循环管道相连，所述过渡稳流蓄热换热模块包括中低温相变蓄热体，所述中低温相变蓄热体内部设置有多条加热换热管和放热换热管，所述加热换热管的进出口端均与所述梯级换热循环管道相连；
供热回路，其包括通过供热管道顺次连接的所述过渡稳流蓄热换热模块、供热循环泵，所述放热换热管的进出口端均与所述供热管道相连；
其中，所述梯级换热循环管道内、所述供热管道内均设置有循环传热物质，所述过渡稳流蓄热换热模块和所述供热循环泵之间设置有用热设备。


2.如权利要求1所述的梯级蓄热供热系统，其特征在于，所述高温蓄热体上设置有第一温度传感器、加热棒安装孔、换热管安装孔，所述加热棒安装孔内插设有高温加热棒，所述换热管安装孔内设置有所述换热管路，所述换热管路的进出口端分别设置有高温蓄热模块单向进口阀和高温蓄热模块单向出口阀，所述换热管路的进出口处均设置有第二温度传感器，所述高温蓄热体的外部包覆有第一保温层。


3.如权利要求2所述的梯级蓄热供热系统，其特征在于，所述高温蓄热体由高温蓄热材料组成，所述高温蓄热材料包括石墨、耐火砖、混凝土、高温陶瓷、铸铁中的至少一种。


4.如权利要求2所述的梯级蓄热供热系统，其特征在于，所述换热管路的换热面积固定。


5.如权利要求1所述的梯级蓄热供热系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：王岩，张立申，卜一，王薇，宋杨，
申请(专利权)人：北京市伟业供热设备有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京;11