一种非稳态储放热过程的梯级热利用系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术提供了一种用于非稳态储放热过程的梯级热利用系统及其控制方法。所述梯级储热系统包括储热模块、流道控制模块和检测判断模块。储热模块包含高温储热单元、中温储热单元、低温储热单元；流道控制模块包含控制信号发送设备、电动三通阀机构、电动闸阀机构；检测判断模块包含数据采集设备、储热材料温度传感器机构、流体温度传感器机构和流体流量传感器机构；检测判断模块实时收集各储热单元进出口流体温度与储热单元内部温度并判断温度的差异；流道控制模块根据判断结果调节阀门状态，改变流体走向进而改变储热单元的连接模式。本储热系统可根据热源和实际需求的变化调整，在一套系统下实现多种工作模式，具有灵活、高能源利用效率的特点。用效率的特点。用效率的特点。

A cascade heat utilization system and its control method for unsteady heat storage and release process

【技术实现步骤摘要】
一种非稳态储放热过程的梯级热利用系统及其控制方法


[0001]本专利技术属于储热
，具体而言，本专利技术涉及一种可以应用于非稳态热源储热和供热需求非稳态变化的梯级储热系统。

技术介绍

[0002]在碳排放法规日益严格，全球能源持续增长的背景下，全球能源也面临着重大的转变和调整。目前的能源利用系统很难在现有基础上进一步兼容太阳能、风能以及光伏为主要的可再生能源，因为这类可再生能源的存在形式通常具有波动和瞬时性的特点，且用户侧对能源的需求也随时段的不同呈现一定的变化规律。这种可再生能源自生的波动性和需求侧与供给侧的不同波动状态加剧了能源供需不匹配，会对现存的能源系统产生较大的冲击和带来不稳定性。因此提高储能系统对非稳态变化能源的适用性至关重要。
[0003]按能源存储的形式，储能技术主要可以分为：热能存储、电能存储、化学能存储、机械能存储等。其中热能的存储成本较低、使用寿命较长。储热技术增加热能延续的时间，有利于平缓能源供需时间不匹配的矛盾。随着储热技术的逐渐发展，梯级储热通过在储热系统中设置不同储热温度地储热单元，相比使用单一储热单元的传统储热系统，可以让储热材料温度和热源温度之间有更好的匹配，并能降低传热过程的不可逆损失。因此，梯级储热是一种能够提高能源利用效率的有效方式。
[0004]此外，当前已经有国内外研究学者证明，当热源温度非稳态形式变化时，会使储热单元的储热量减少，其具体原理是：当非稳态热源温度低于储热换热器储热材料的平均温度时，热能将会从储热材料反向泄漏至传热流体。这将导致原本储存在储热材料中的热能损失，能源利用效率降低。而当前大多数对储热技术的研究还是以稳态热边界条件展开，忽略了自然界存在的大多数可再生能源以及工业生产中的废热温度通常具有非稳态变化的特性。
[0005]因此，提高储热系统在实际使用场景中的储热性能，并拓展储热系统面对非稳态热源储热和供热需求非稳态变化场景的适应性，需要对现有面向稳态热源储热的梯级储热系统提出改进。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种非稳态储放热过程的梯级热利用系统及其控制方法。
[0007]本专利技术首先提供了一种非稳态储放热过程的梯级热利用系统，包括储热模块、流道控制模块和检测判断模块；
[0008]所述储热模块所述储热模块包括三个对应不同储热温度区间的储热单元，分别为高温储热单元、中温储热单元、低温储热单元；
[0009]所述流道控制模块包括阀门控制装置、电动三通阀机构和电动闸阀机构；所述电动三通阀机构包括第一电动三通阀、第二电动三通阀、第三电动三通阀、第四电动三通阀、
第五电动三通阀和第六电动三通阀，所述电动闸阀机构包括第一电动闸阀、第二电动闸阀、第三电动闸阀、第四电动闸阀和第五电动闸阀；
[0010]所述检测判断模块用于检测所述储热单元内储热材料温度以及流经储热单元流体的温度和流量：
[0011]所述高温储热单元设置在第一电动三通阀和第四电动三通阀之间的高温进出口流体管路上；所述中温储热单元设置在第二电动三通阀和第五电动三通阀之间的中温进出口流体管路上；所述低温储热单元设置在第三电动三通阀和第六电动三通阀之间的低温进出口流体管路上；
[0012]所述高温进出口流体管路的进口端与中温进出口流体管路的进口端之间连接有第一旁通管路，所述第一旁通管路上安装有第一电动闸阀；所述高温进出口流体管路的出口端与中温进出口流体管路的出口端之间连接有第三旁通管路，所述第三旁通管路上安装有第三电动闸阀；所述低温进出口流体管路的进口端与中温进出口流体管路的进口端之间连接有第二旁通管路，所述第二旁通管路上安装有第二电动闸阀；所述低温进出口流体管路的出口端与中温进出口流体管路的出口端之间连接有第四旁通管路，所述第四旁通管路上安装有第四电动闸阀；第三电动三通阀和第六电动三通阀之间还连接有与低温进出口流体管路并联的第五旁通管路；所述第五旁通管路上安装有第五电动闸阀。
[0013]进一步的，所述检测判断模块包括数据采集装置、储热材料温度传感器机构、储热单元流体温度传感器机构和储热单元流体流量传感器机构；所述储热材料温度传感器机构、储热单元流体温度传感器机构和储热单元流体流量传感器机构均与数据采集装置连接。
[0014]进一步的，所述储热材料温度传感器机构包括高温储热材料温度传感器、中温储热材料温度传感器、低温储热材料温度传感器；所述储热单元流体温度传感器机构包括高温储热单元流体温度传感器、中温储热单元流体温度传感器和低温储热单元流体温度传感器；所述储热单元流体流量传感器机构高温储热单元流体流量传感器、中温储热单元流体流量传感器和低温储热单元流体流量传感器；所述高温储热材料温度传感器布置在高温储热单元内部；所述中温储热材料温度传感器布置在中温储热单元内部；所述低温储热材料温度传感器布置在低温储热单元内部；所述高温储热单元进口侧和出口侧各安装一个高温储热单元流体温度传感器；所述中温储热单元进口侧和出口侧各安装一个中温储热单元流体温度传感器，所述低温储热单元进口侧和出口侧各安装一个低温储热单元流体温度传感器；所述高温储热单元流体流量传感器安装在高温储热单元出口侧，所述中温储热单元流体流量传感器安装在中温储热单元出口侧，所述低温储热单元流体流量传感器17安装在低温储热单元出口侧。
[0015]进一步的，所述阀门控制装置与数据采集装置相连，并向所述电动三通阀机构、电动闸阀机构发送控制指令；阀门控制装置对所述电动三通阀机构和电动闸阀机构的状态进行调节，改变所述非稳态储放热过程的梯级热利用系统内流道的导通状态。
[0016]进一步的，所述高温储热单元、中温储热单元和低温储热单元为适用于非稳态变化热源的储热单元；所述储热单元内填充不同的储热材料实现不同的储热温度；在电动三通阀机构和电动闸阀机构的不同状态下，可根据实际需求将部分储热单元旁通，从而单独使用某一储热单元或将不同储热单元串联组合使用。
[0017]进一步的，所述非稳态储放热过程的梯级热利用系统能用于供热需求非稳态变化的场景；放热时，所述储热单元已经完成储热，通入换热流体可以将储热单元所储存的热量对外供应；通过调节电动三通阀机构和电动闸阀机构的状态，单独使用某一储热单元或将不同储热单元串联组合进行放热，以满足不同的放热负荷。
[0018]进一步的，所述电动三通阀机构、电动闸阀机构分别与阀门控制装置相连；所述阀门控制装置与所述检测判断模块相连，根据检测判断模块收集的参数信息对所述非稳态储放热过程的梯级热利用系统中的电动三通阀机构和电动闸阀机构进行调节。
[0019]进一步的，所述储热材料温度传感器机构、储热单元流体温度传感器机构和储热单元流体流量传感器机构分别与检测判断模块相连；通过收集管路中流体温度、流量数据和储热单元内部储热材料的温度数据，判断各储热单元入口温度与此时储热单元内部储热材料温度的差异。
[0020]进一步的，本专利技术还提供了一种上述非稳态储放热过程的梯级热利用系统的储热方法：
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非稳态储放热过程的梯级热利用系统，其特征在于，包含储热模块、流道控制模块和检测判断模块；所述储热模块所述储热模块包括三个对应不同储热温度区间的储热单元，分别为高温储热单元(21)、中温储热单元(22)、低温储热单元(23)；所述流道控制模块包括阀门控制装置(24)、电动三通阀机构和电动闸阀机构；所述电动三通阀机构包括第一电动三通阀(1)、第二电动三通阀(2)、第三电动三通阀(3)、第四电动三通阀(4)、第五电动三通阀(5)和第六电动三通阀(6)，所述电动闸阀机构包括第一电动闸阀(7)、第二电动闸阀(8)、第三电动闸阀(9)、第四电动闸阀(10)和第五电动闸阀(11)；所述检测判断模块用于检测所述储热单元内储热材料温度以及流经储热单元流体的温度和流量：所述高温储热单元(21)设置在第一电动三通阀(1)和第四电动三通阀(4)之间的高温进出口流体管路上；所述中温储热单元(22)设置在第二电动三通阀(2)和第五电动三通阀(5)之间的中温进出口流体管路上；所述低温储热单元(23)设置在第三电动三通阀(3)和第六电动三通阀(6)之间的低温进出口流体管路上；所述高温进出口流体管路的进口端与中温进出口流体管路的进口端之间连接有第一旁通管路，所述第一旁通管路上安装有第一电动闸阀(7)；所述高温进出口流体管路的出口端与中温进出口流体管路的出口端之间连接有第三旁通管路，所述第三旁通管路上安装有第三电动闸阀(9)；所述低温进出口流体管路的进口端与中温进出口流体管路的进口端之间连接有第二旁通管路，所述第二旁通管路上安装有第二电动闸阀(8)；所述低温进出口流体管路的出口端与中温进出口流体管路的出口端之间连接有第四旁通管路，所述第四旁通管路上安装有第四电动闸阀(10)；第三电动三通阀(3)和第六电动三通阀(6)之间还连接有与低温进出口流体管路并联的第五旁通管路；所述第五旁通管路上安装有第五电动闸阀(11)。2.根据权利要求1所述一种非稳态储放热过程的梯级热利用系统，其特征在于，所述检测判断模块包括数据采集装置(25)、储热材料温度传感器机构、储热单元流体温度传感器机构和储热单元流体流量传感器机构；所述储热材料温度传感器机构、储热单元流体温度传感器机构和储热单元流体流量传感器机构均与数据采集装置(25)连接。3.根据权利要求2所述一种非稳态储放热过程的梯级热利用系统，其特征在于，所述储热材料温度传感器机构包括高温储热材料温度传感器(18)、中温储热材料温度传感器(19)、低温储热材料温度传感器(20)；所述储热单元流体温度传感器机构包括高温储热单元流体温度传感器(12)、中温储热单元流体温度传感器(14)和低温储热单元流体温度传感器(16)；所述储热单元流体流量传感器机构高温储热单元流体流量传感器(13)、中温储热单元流体流量传感器(15)和低温储热单元流体流量传感器(17)；所述高温储热材料温度传感器(18)布置在高温储热单元(21)内部；所述中温储热材料温度传感器(19)布置在中温储热单元(22)内部；所述低温储热材料温度传感器(20)布置在低温储热单元(23)内部；所述高温储热单元(21)进口侧和出口侧各安装一个高温储热单元流体温度传感器(12)；所述中温储热单元(22)进口侧和出口侧各安装一个中温储热单元流体温度传感器(14)，所述低温储热单元(23)进口侧和出口侧各安装一个低温储热单元流体温度传感器(16)；所述高温储热单元流体流量传感器(13)安装在高温储热单元(21)出口侧，所述中温储热单元流体流量
传感器(15)安装在中温储热单元(22)出口侧，所述低温储热单元流体流量传感器17安装在低温储热单元(23)出口侧。4.根据权利要求1所述一种非稳态储放热过程的梯级热利用系统，其特征在于，所述阀门控制装置与数据采集装置相连，并向所述电动三通阀机构、电动闸阀机构发送控制指令；阀门控制装置对所述电动三通阀机构和电动闸阀机构的状态进行调节，改变所述非稳态储放热...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜睿铖，俞小莉，李智，陈俊玄，沈振宇，甘建平，张志平，黄瑞，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：