一种变热源梯级相变储能调控装置的制作方法

[0001]
本发明涉及能量存储设备领域，具体涉及一种变热源梯级相变储能调控装置。


背景技术：

[0002]
能源危机的问题日渐突出，传统化石燃料的燃烧给环境带来了极大的污染，这些情况促使研究人员不断开发新的可再生能源，用以替换传统能源、降低对环境的破坏、拓展能源的来源。但随着经济快速发展，人们的生活水平不断提高，能源需求与供给在时间和空间上的不匹配的问题也随之而来。储能单元是解决能源不平衡问题的关键技术之一，相比于显热储能单元而言，由于潜热储能单元装有相变材料，因此其具有相对较高的能量密度和稳定性，储热性能大约是显热储能单元的5-14倍。但相变材料导热率低，潜热储能单元的储热和放热速率并不高。为了解决导热率低的问题，提出了多种方案，例如：添加肋片、添加金属泡沫、添加导热系数高的纳米颗粒、相变材料的封装、梯级储热系统等。
[0003]
其中，梯级储热系统的优势在于它使用了多种相变温度不同的材料，能够分级储存不同温度下的热量，降低储能单元出口流体温度，提高储能单元的整体储热性能。有研究表明，三级相变储热系统比单级相变储热系统的储热性能高出40％左右。但在实际应用中，当储能单元入口处温度发生变化，处于非稳态、变温过程时，梯级储热系统会出现如下两个问题：(1)不能高效储存入口温度相对较低的流体所带有的热量；(2)梯级储热系统的换热量会有一定程度的损失。因此如何解决储能单元入口处温度处于非稳态情况下的能量存储是目前有待解决的问题。


技术实现要素：

[0004]
本发明要解决的技术问题是如何解决储能单元入口处温度处于非稳态情况下的能量存储，提供一种变热源梯级相变储能调控装置。
[0005]
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
[0006]
一种变热源梯级相变储能调控装置，所述储能调控装置包括：
[0007]
若干系统热源，若干系统冷源、若干阀门、若干水箱及若干个储能单元，其中，所述系统热源出口处至少带有一个阀门，所述系统冷源出口处至少带有一个阀门，所述水箱包括至少一个所述系统热源侧阀门，至少一个所述系统冷源侧阀门，所述储能单元包括至少一个入口处阀门、至少两个出口处阀门、一条取热流道、多层相变材料放置空间；所述系统热源，所述系统冷源，所述水箱及所述储能单元间通过所述阀门和管道连接，所述阀门和所述管道通过螺纹连接。
[0008]
进一步地，所述系统热源为所述储能单元提供高温流体的系统，所述系统冷源为所述储能单元提供低温流体的系统，所述储能单元内为所述相变材料，所述相变材料与进入所述储能调控装置的所述流体进行热交换释放或吸收热量；所述系统热源包括电加热，太阳能加热，工业余热回收；所述系统冷源包括冷却水供应；所述相变材料包括石蜡。
[0009]
在储热过程中，相变材料在常温下为固态；在储冷过程中，相变材料在常温下为液
态。
[0010]
较佳地，在储能开始时，所述储能调控装置的所有入口阀门均处于关闭状态，根据储能需要，通过控制所述储能单元入口处阀门开度从而调整所述流体的流动路线。
[0011]
更优地，在储能过程中，当所述系统热源和/或所述系统冷源为不稳定状态时，判断入口处所述流体温度与所述相变材料温度间的关系，打开对应的入口阀门。
[0012]
更优地，在储热过程中，当所述流体温度低于所有所述相变材料中最低的相变温度时，所有入口阀门均处于关闭状态；在储冷过程中，当所述流体温度高于所有所述相变材料中最高的相变温度时，所有入口阀门均处于关闭状态。
[0013]
更优地，在储热过程中，当储能单元入口处流体温度低于其出口处流体温度时，储能单元的进出口阀门均关闭。
[0014]
进一步地，所述储能单元的数目大于等于2。
[0015]
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
[0016]
本发明的积极进步效果在于：通过调整阀门开度和相变材料类型能达到储热、放热、储冷、放冷的目的；通过相变材料的相变温度与储能单元入口处流体温度之间的关系，调整入口阀门开度，达到高效、分级储存热能和冷能的目的，减少储热量和储冷量的损失。
附图说明
[0017]
图1为本发明一种变热源梯级相变储能调控装置一实施例中的储热装置示意图；
[0018]
图2为本发明一种变热源梯级相变储能调控装置一实施例中的储冷装置示意图。
具体实施方式
[0019]
为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的首选实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容更加透彻全面。
[0020]
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0021]
实施例1：如图1所示为本发明一实施例中的储热装置示意图，其中，系统热源301，系统冷源302，系统热源出口阀门303，水箱系统热源侧阀门304，水箱305，水箱系统冷源侧阀门306，系统冷源出口处阀门307，第一储能单元入口阀门308，第二储能单元入口阀门309，第三储能单元入口阀门310，第一储能单元311，第一储能单元出口阀门312，第二储能单元313，第二储能单元出口阀门314，第三储能单元315，第三储能单元出口阀门316，第一储能单元另一出口阀门317，第二储能单元另一出口阀门318，第三储能单元另一出口阀门319。其中，储能单元内的相变材料包括石蜡储热材料，第一储能单元、第二储能单元、第三储能单元内放置的相变材料其相变温度各不相同，与进入储能单元的换热流体进行热交换，从而达到储热或放热的目的。为了梯级储热的顺利进行，第一储能单元、第二储能单元、第三储能单元内相变材料的相变温度从高到低排列分别为150℃、100℃、50℃。相变材料的
初始温度为30℃。系统热源的温度波动范围为30℃～200℃。系统冷源的温度为20℃。
[0022]
当进行储热过程时，打开系统热源出口阀门303，打开水箱系统冷源侧阀门306，打开第一储能单元出口阀门312，打开第二储能单元出口阀门314，打开第三储能单元出口阀门316，关闭水箱系统热源侧阀门304，关闭系统冷源出口处阀门307，关闭第一储能单元入口阀门308，关闭第二储能单元入口阀门309，关闭第三储能单元入口阀门310，关闭第一储能单元另一出口阀门317，关闭第二储能单元另一出口阀门318，关闭第三储能单元另一出口阀门319，当流体温度从30℃逐步增加到50℃时，所有入口阀门均关闭。当流体温度从50℃逐步增加到100℃时，第三储能单元入口阀门310打开，流体将热量储存在第三储能单元内。当流体温度从100℃逐步增加到150℃时，第三储能单元入口阀门310关闭，第二储能单元入口阀门309打开，流体将热量储存在第二储能单元内。当流体温度从150℃逐步增加到200℃时，第二储能单元入口阀门309关闭，第一储能单元入口阀门308打开，流体将热量储存在第一储能单元内；当流体温度从200℃逐步降低至150℃时，保持阀门现有状态，流体将热量储存在第一储能单元内。当流体温度从150℃逐步降低至100℃时，第一储能单元入口阀门308关闭，第二储能单元入口阀门309打开，流体将热量储存在第二储能单元内。当流体温度从100℃逐步降低至50℃时，第二储能单元入口阀门309关闭，第三储能单元入口阀门310打开，流体将热量储存在第三储能单元内。当流体温度从50℃逐步降低到30℃时，所有入口阀门均关闭。经过换热后的流体，储存在水箱内。
[0023]
进行放热过程时，打开水箱系统热源侧阀门304，打开系统冷源出口处阀门307，打开第一储能单元入口阀门308，打开第一储能单元出口阀门312，打开第二储能单元出口阀门314，打开第三储能单元出口阀门316，关闭系统热源出口阀门303，关闭水箱系统冷源侧阀门306，关闭第二储能单元入口阀门309，关闭第三储能单元入口阀门310，关闭第一储能单元另一出口阀门317，关闭第二储能单元另一出口阀门318，第三储能单元另一出口阀门319，流体从第三储能单元，第二储能单元，第一储能单元依次取热，流体温度逐渐升高，最后储存在水箱内，直到流体温度不再变化，则放热流程结束。
[0024]
实施例2：如图2所示为本发明一实施例中的储冷装置示意图，系统热源401，系统冷源402，系统热源出口阀门403，水箱系统热源侧阀门404，水箱405，水箱系统冷源侧阀门406，系统冷源出口处阀门407，第一储能单元出口阀门408，第二储能单元出口阀门409，第三储能单元出口阀门410，第一储能单元411，第一储能单元入口阀门412，第二储能单元413，第二储能单元入口阀门414，第三储能单元415，第三储能单元入口阀门416，第一储能单元另一入口阀门417，第二储能单元另一入口阀门418，第三储能单元入口阀门419。其中，为了梯级储冷的顺利进行，第一储能单元，第二储能单元，第三储能单元内相变材料的相变温度从高到低排列，且所有相变材料在常温下为液态。第一储能单元，第二储能单元，第三储能单元的相变温度分别为15℃、10℃、5℃。相变材料的初始温度为20℃。系统热源的温度波动范围为1℃～20℃。系统冷源的温度为20℃。
[0025]
当进行储冷过程时，打开水箱系统热源侧阀门404，打开系统冷源出口处阀门407，打开第一储能单元出口阀门408，打开第一储能单元入口阀门412，打开第二储能单元入口阀门414，关闭系统热源出口阀门403，关闭水箱系统冷源侧阀门406，关闭第二储能单元出口阀门409，关闭第三储能单元出口阀门410，关闭第三储能单元入口阀门416，关闭第一储能单元另一入口阀门417，关闭第二储能单元另一入口阀门418，关闭第三储能单元入口阀
门419，当流体温度从20℃逐步降低到15℃时，所有入口阀门均关闭。当流体温度从15℃逐步降低到10℃时，第一储能单元另一入口阀门417打开，流体将冷量储存在第一储能单元内。当流体温度从10℃逐步降低到5℃时，第一储能单元另一入口阀门417关闭，第二储能单元另一入口阀门418打开，流体将冷量储存在第二储能单元内。当流体温度从5℃逐步降加到1℃时，第二储能单元另一入口阀门418关闭，第三储能单元入口阀门419打开，流体将冷量储存在第三储能单元内；当流体温度从1℃逐步增加至5℃时，保持阀门现有状态，流体将冷量储存在第三储能单元内。当流体温度从5℃逐步增加至10℃时，第三储能单元入口阀门419关闭，第二储能单元另一入口阀门418打开，流体将冷量储存在第二储能单元内。当流体温度从10℃逐步增加至15℃时，第二储能单元另一入口阀门418关闭，第一储能单元另一入口阀门417打开，流体将冷量储存在第一储能单元内。当流体温度从15℃逐步增加到20℃时，所有入口阀门均关闭。经过换热后的流体，储存在水箱内。
[0026]
进行放冷过程时，打开系统热源出口阀门403，打开水箱系统冷源侧阀门406，打开第一储能单元出口阀门408，打开第一储能单元入口阀门412，打开第二储能单元入口阀门414，打开第三储能单元入口阀门416，关闭水箱系统热源侧阀门404，关闭系统冷源出口处阀门407，关闭第二储能单元出口阀门409，关闭第三储能单元出口阀门410，关闭第一储能单元另一入口阀门417，关闭第二储能单元另一入口阀门418，关闭第三储能单元入口阀门419流体从第一储能单元，第二储能单元，第三储能单元依次取冷，流体温度逐渐降低，最后储存在水箱内，直到流体温度不再变化，则放冷流程结束。
[0027]
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。