CN104949558A - 储能装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种储能装置，其包括有热能输入***，所述的热能输入***用于收集热能传递给导热流动介质并将导热流动介质导入储能箱中；储能箱，所述的储热箱内均匀布设有储热棒，所述的储热棒内填充有相变材料，储热箱上设置有导热流动介质循环***，所述的导热流动介质循环***内流通有导热流动介质，所述的导热流动介质能够填充于储热箱内并实现循环流动；热能输出***，所述的热能输出***用于将导热流动介质导出储能箱；以及控制***，用于控制导热流动介质的循环流动和热能的收集、输出。本发明提供一种能够有效回收工业余热或者太阳能的储能装置，通过相变材料实现热能和化学能的互相转换。

Description

储能装置
技术领域
本发明涉及能源回收技术领域，具体涉及一种将余热回收的储能装置。
背景技术
随着全球能源的日夜短缺和人们节能意识的提高，为了实现能源利用上更好的供需时间匹配，世界各地正在积极开发新型的热能储能技术。目前热能储能技术根据载体不同主要分为水蓄热和固体材料蓄热两种。
所谓水蓄热就是将水加热到一定的温度，使热能以显热的形式蓄存在水中，当需要使用时，再将其释放出来提供采暖或直接作为热水供人们使用。一般来说，水的蓄热温度为40～100℃范围内。根据使用场合不同，对于生活用水，蓄热温度为40～70℃，可以直接提供使用；对于饮用开水，可以蓄至100℃；对于末端为风机盘管的空调***，一般蓄热温度为90～98℃；对于末端为暖气片的采暖***，蓄热温度为90～100℃或更高。但是水储热的缺点是占用建筑面积大、热效率低，同时水储热由于存在100℃温度的限制，无法利用到温度要求为200℃左右的工业热应用。
工业热应用中，固体材料蓄热载体是最为理想和可行的，而相变材料蓄热更是固体材料蓄热中最好的选择。固体材料蓄热机通过相变材料蓄热。相变储热是固体材料中的一种，其通过相变材料相变(固-液或固-固)过程中吸收(释放)大量热量而实现能量转换，其蓄能密度大、效率高、吸放热过程几乎在等温条件下进行。它能将能量存储来，在需要能量时在将其释放出来。国内外对通过相变材料储热已有研究，且相对成熟。
现有技术中相变储热通过相变储热装置来实现。常见的相变储热装置通常都是通过将回收能量将流动可加热介质(如矿物油)加热到一定温度，导入储能箱体中。储能箱体内盛放有相变材料(如熔融盐相变材料)，流动可加热介质将热量传导给相变材料，使其发生熔融变化(如固相变成液相)将热量变成化学能存储。释放热量时发生固化变化(液相变成固相)，相变材料将热量传递给流动导热介质带走。
如专利号为201220468883.5名称为复合向相变储能装置的中国实用新型专利中提供了一种利用相变材料储能的装置。该专利中包含储热罐封装相变材料，在储热罐中分布导管，导管内流动导热介质。导热介质通过导管传递给相变热量或吸收相变材料释放的热量。该专利中提供的储热装置具有如下几个缺点：1、导热介质是通过导管与相变材料接触交换热量，接触面积有限放热速度慢、蓄热速度慢。虽然导管采用了蛇形布管，但是任然不能充分实现能量的释放和吸收；2、相变材料裹付于导管四周，由于相变材料在反复加热后晶相结构发生变化，材料发生固结，导管上会固结一层不能实现相变的材料妨碍导热介质与相变材料之间的热量传导。
在专利号为201310025636.7名称为一种储热装置的中国实用新型专利中提供了一种改进的技术方案。其仍然是通过导管中的导热装置实现热量传递，并且将导管设置成为盘旋向上的蛇形导管力图增加传热面积。改进点在于在导管与相变材料之间设置有液体显热储热材料。试图通过液体显热储热材料填充储热罐的间隙，以达到热量在整个储热罐中的均匀传递，防止在导管上相变材料的板结。但缺点也是明显的经过两次相变转换热量传递效率大减。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种储能装置，其目的是提供一种能够有效回收工业余热或者太阳能的储能装置，通过相变材料实现热能和化学能的互相转换。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种储能装置，包括：
热能输入***，所述的热能输入***用于收集热能传递给导热流动介质并将导热流动介质导入储能箱中；
储能箱，所述的储热箱内均匀布设有储热棒，所述的储热棒内填充有相变材料，储热箱上设置有导热流动介质循环***，所述的导热流动介质循环***内流通有导热流动介质，所述的导热流动介质能够填充于储热箱内并实现循环流动；
热能输出***，所述的热能输出***用于将导热流动介质导出储能箱；
以及
控制***，用于控制导热流动介质的循环流动和热能的收集、输出。
本发明中，是通过热能输入***将热能进行收集并对导热流动介质进行加热升温，升温后的导热流动介质将通入储能箱中，储能箱是热能存储的装置，热能存储装置将实现对热量储存。储能箱主要有相变材料和导热流动介质循环***组成。特别的，储能箱中的相变材料存储在储热棒中，而储热棒外将充满流动的导热流动介质，实现热能的传递。本发明中导热流动介质不通过导管，而是包容于储热棒外。本发明中导热流动介质是循环流动的，实现循环使用。同时由于相变材料封存在储热棒中，防止对导热流动介质的污染，长时间使用。
在上述技术方案中的循环***是通过合理的导热流动介质流动方式实现的。其中储能箱包括箱体，所述的箱体上设置有导热流动介质输入端口和输出端口，导热流动介质能够充满箱体内并通过导热流动介质输入端口和输出端口实现循环流通。导热流动介质通过导热流动介质输入端口流入储能箱体中。导热流动介质将充满储能箱体中。导热流动介质将与储能棒充分接触实现能量互换。
进一步的，所述的箱体的顶部和底部均设置有导热流动介质腔体，所述的箱体所述的导热流动介质腔体上设置有通孔，导热流动介质能共通过所述通孔流出并进入箱体内。本发明中的所述的导热流动介质腔体是与箱体一体的，但不限于是腔体结构，也可以是导管。导热流动介质腔体是与腔体内部相通的。导热流动介质能够从顶部的导热流动介质腔体流入并充满箱体中，并通过底部的导热流动介质腔体流出。而顶部导热流动介质腔体是对称设置于箱体顶部的，导热流动介质能通过所述通孔流出并进入箱体内。
进一步的，所述的导热流动介质输入端口连接有分流器，导热流动介质腔体对称设置，导热流动介质通过分流器流入箱体顶部对称设置的流动介质腔体中，且所述的导热流动介质腔体上通孔相对布设，使得导热流动介质相向流动实现对流。通过分流器将导热流动介质分流，并且使得分流后的导热流动介质获得一定动能，导热流动介质通过分流器流入顶部对称设置的流动介质腔体中，且所述的导热流动介质腔体上通孔相对布设。导热流动介质会产生对流，并均匀地通过储热棒之间的空隙往下流动，充满箱体。
优选的，所述的导热棒在所述的箱体内成蜂窝幢设置。本发明中，导热棒的布设以达到最大的空间密布。而导热棒之间的缝隙充满有导热流动介质，通过上面的技术方案，可以实现缝隙之间的充分填充。十分注意的是，由于顶部导热流动介质是对流的，这样导热流动介质会产生向下的流动压力以达到充分流动。
再进一步的，所述的箱体的底部设置有集油器，导热流动介质流入集油器中导入箱体底部的流动介质腔体中。为了形成有效的导热流动介质循环流动，在箱体的底部设置有一个集油器，能够有效的将从上方留下的导热流动介质收集，收集后再导入箱体的底部导热流动介质腔体中导出储能箱，并将热量导出热能输出***。而底部导热流动介质腔体可以通过导管实现替换。
优选的，所述的热能输入***可以是电锅炉集热装置、太阳能集热装置、工业余热回收蓄热装置其中的一种。
优选的，所述的储热箱为可移动式储热箱。
优选的，所述的控制***包括传感检测元件、电动阀和***控制柜。传感器检测元件，能够对箱体内部的温度，流入箱体内的导热流动介质腔体以及流出箱体的导热流动介质进行温度监控。并通过电动阀控制导热流动介质的流出和流出，进而控制导热流动介质的温度和能量转换效率。
通过上述技术方案，本发明提供的储能装置，其有益效果在于：
提供一种相变材料在储热棒内，储热棒外为导热流动介质的热能交换方式。这种方式的热能交换必须通过改进导热流动介质的循环方式方能实现有效的能量交换。在本发明中储热箱体改变了箱体结构以适应储热棒的蜂窝状排布，储热棒的蜂窝状排布，使得储热棒之间有充分的间隙。而间隙与间隙之间密布有导热流动介质，而为了能够使得间隙之间充满有导热流动介质。重新设计有导热流动介质的循环***。在箱体的顶部和底部设置有导热流动介质腔体，顶部的导热流动介质腔体的导热流动介质实现对流产生向下的流动压力，能够充满间隙。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明中实施例二中的结构示意图；
图2为本发明中储能箱的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
在本发明的实施例中的导热流动介质为导热油，相变介质为熔融盐具体为NaNO3、KNO3的二元盐的混合物。熔盐存放于储热棒内，固定不动。而导热油作为导热材料，在储热棒外流动，达到热量的导入和导出的目的。
如图1所示实施例一，
一种储能装置，包括：
电加热炉1，该电加热炉1设置有导热油的输出端口，导热油经过电加热炉1加热后通过导管与分油器联通，导热油通过分油器分流流入储能箱4内的顶部的导热油腔体2内，顶部的导热油腔体2对称布置，而顶部的导热油腔体2上设置有通孔，形成相向流动的导热油并形成向下的流动的压力。在箱体的底部设置有导热油腔体3并连接有集油器，所述的集油器能够将流到底部的导热油收集并通过导热油腔体3流出储能箱4并流入用能设备中，同时储能箱4配备有循环泵实现导热油在电加热炉1、储能箱4和用能设备的循环。
储热箱4内蜂窝状设有储热棒5，所述的储热棒内填充有相变材料。在储热箱4内储热棒的排布为蜂窝状排布，最大限度减小储热棒之间间隙，以降低成本。储热棒的蜂窝状排布中，将以169支储热棒为一组并薄型扁铁扎住，纵向放置于储能箱内。
注意的是，由于在热交换过程中熔融盐将会膨胀，如果将储热棒填满在热交换过程中会使得熔融盐挤压储热棒。因此在向储热棒填充熔融盐的过程中时首先将储热棒管体加热。本实施例中选用无缝钢管并加热熔融盐填充并密封钢管两端。当熔融盐冷却后体积减小，使得密封空间得到充分的保留。
本实施例中储能箱容积为长1.5米*款1米*高1.5米。
按照计算，按照计算，总计将由13组完整的储热棒组，总的储热棒数量为2888支，每支长度为1.4米。
***内的熔盐重量为：2.19吨。
***模块储能能力计算如下：
储能箱尺寸：1500(L)*1000(W)*1500(H)
储盐棒尺寸：DN20，壁厚1.5mm，每支长度1400mm。
储盐棒为纵向安装于储能箱内，上下各留出50mm空间用于导热油循环。
每支储盐棒储存盐的量：
0.01*0.01*3.14*1.4＝0.0004396CBM
储盐棒数量：
169*14–2(15+14)+5*96–5+21*5＝2888支
储盐棒可储存的熔盐总体积及重量：
体积：2888*0.0004396＝1.2695648CBM
重量：1.2695648*1.725Ton/CM＝2.19Ton
导热油体积及重量：
体积：1.5*1*1.5–1.2696–0.101＝0.8794CBM
重量：0.8794*0.9＝0.7915Ton
储盐棒钢材重量：
2888M*(3.14*0.0215*0.0015*1*7800)KG/M＝0.789867Ton(DN20无缝钢管，壁厚1.5)
储能能力计算：
储能计算假定条件：
熔盐温度变化：300度降至100度。
导热油温度变化：300度降至80度
钢管温度变化：300度降至80度
熔盐储能：38.5Kcal/KG*2190KG+0.37Kcal/KG度*2190KG*200度＝84,315+162,060＝246,375Kcal
导热油储能：0.55Kcal/KG度*791.5KG*220度＝95,772Kcal
储盐棒钢材储能：450J/KG度/4180*790KG*220度＝18,711Kcal
总储能：360,918Kcal
通过上述的技术方案能够将大量的热量的储存于储能箱中并利用导热油作为热交换载体，把通过谷电加热、聚焦式太阳能收集器或其他工业废热收集装置所获取的热量储存在NaNO3、KNO3的二元盐的混合物内，蓄热温度为300℃。当需用使用时，再将其释放出来提供给工业应用，或民用中的采暖和洗浴及生活用水使用，输出端按的使用温度可以采用不同的换热方式设定。
本实施例中采用上进下出的设计思路。储能箱顶部和底部将各形成50mm的空腔，用作导热油的通路。热油至供油管进入储能箱顶部分布于两侧的分油器后，通过分油器水平位置中部的开孔进入顶部空腔，导热流动介质腔体2对称设置于储热箱的两侧，导热油通过分流器流入顶部的流动介质腔2体中，且所述的导热流动介质腔体上通孔相对布设，使得导热油相向流动实现对流。导热油均匀地通过储热棒之间的空隙往下流动，到达储能箱底部集中，并通过储能箱底部的集油器的开孔进入集油器，然后回流到回油管路。此导热油的循环回路设计，能确保导热油在循环过程中尽量均匀，避免储能箱中形成死角。
导热油经过循环热能输出***，所述的热能输出***用于将导热流动介质导出储能箱；
在本实施例中的储热箱体上设置有温度传感器，分别设置与导热油的输入端，储能箱的箱体内以及导热油的输出端，实时监控整个储能装置中的温度。
控制***，用于控制导热流动介质的循环流动和热能的收集、输出。控制***通过对***进行运行监控、参数修改、数据采集等，让用户得到更好的服务。内容可扩展、参数可修改，通过通讯接口实现与楼宇***的控制一体化，节约投资、方便管理。
实施例二，
在实施例一的基础上对技术方案进行改进。
在实施例一的基础上增加太阳能接口，用于收集太阳能热量和余热回收。***热能的主输入端为电热炉，电热炉加热导热油，由导热油将热量交换给储热棒后进行储存。同时，导热油也可以将热能直接输出至输出端。同时，***接入预留两个热能的输入端，一个作为聚焦式太阳能收集器的输入端，另一个作为工业废热收集装置的热能输入端。
本发明所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种储能装置，其特征在于，包括：
热能输入***，所述的热能输入***用于收集热能传递给导热流动介质并将导热流动介质导入储能箱中；
储能箱，所述的储热箱内均匀布设有储热棒，所述的储热棒内填充有相变材料，储热箱上设置有导热流动介质循环***，所述的导热流动介质循环***内流通有导热流动介质，所述的导热流动介质能够填充于储热箱内并实现循环流动；
热能输出***，所述的热能输出***用于将导热流动介质导出储能箱；
以及
控制***，用于控制导热流动介质的循环流动和热能的收集、输出。
2.根据权利要求1所述的一种储能装置，其特征在于，所述的储能箱包括箱体，所述的箱体上设置有导热流动介质输入端口和输出端口，导热流动介质能够充满箱体内并通过导热流动介质输入端口和输出端口实现循环流通。
3.根据权利要求2所述的一种储能装置，其特征在于，所述的箱体的顶部和底部均设置有导热流动介质腔体，所述的导热流动介质腔体上设置有通孔。
4.根据权利要求3所述的一种储能装置，其特征在于，所述的导热流动介质输入端口连接有分流器，所述的分流器分布于箱体顶部两侧，导热流动介质腔体对称设置于储热箱的两侧，导热流动介质通过分流器流入顶部的流动介质腔体中，且所述的导热流动介质腔体上通孔相对布设，使得导热流动介质相向流动实现对流。
5.根据权利要求2至4任一所述的一种储能装置，其特征在于，所述的导热棒在所述的箱体内成蜂窝幢设置。
6.根据权利要求3至4任一所述的一种储能装置，其特征在于，所述的箱体的底部设置有集油器，导热流动介质流入集油器中导入箱体底部的流动介质腔体中。
7.根据权利要求6所述的一种储能装置，其特征在于，所述的热能输入***可以是电锅炉集热装置、太阳能集热装置、工业余热回收蓄热装置其中的一种。
8.根据权利要求6所述的一种储能装置，其特征在于，所述的储热箱为可移动式储热箱。
9.根据权利要求6所述的一种储能装置，其特征在于，所述的控制***包括传感检测元件、电动阀和***控制柜。
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