CN107388337A - 一种分布式高效节能相变储热*** - Google Patents

一种分布式高效节能相变储热*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种分布式高效节能相变储热***，包括由相变储热主体、换热器和电加热器组成的储热回路和输出回路，所述储热回路包括新能源供热模式和电加热模式，在新能源供热模式下，相变储热主体和换热器连接并构成储热循环，在电加热模式下，相变储热主体和电加热器连接并构成储热循环，所述输出回路包括直接输出模式和电加热辅助加热模式，在直接输出模式下，相变储热主体的进出口分别连接冷水输入口和热水输出口，在电加热辅助加热模式下，相变储热主体的进水口连接冷水输入口，出水口依次连接电加热器和热水输出口。与现有技术相比，本发明布置灵活、占地小、储热量大，储/用热快速方便等。

Description

一种分布式高效节能相变储热***
技术领域
本发明涉及一种相变储热***，尤其是涉及一种分布式高效节能相变储热***。
背景技术
目前居民小区和新农村的供热需求逐步增加，传统的锅炉设备负担增加，在不同程度上存在供热管道复杂，能耗高，维护不便等不足，从而造成了供热管道冗长、煤电成本高、供热不稳定等缺点。
传统家用储热单元多是采用水箱内胆，具有储热能力不强、占用空间大的缺点，而且内部的水被反复加热或长期储存后也会影响使用。同时由于水的显热储热量较小，无法更充分地利用工业废热、太阳能等资源以达到节约能源的理想效果。
相变材料是一种随温度变化而发生相态改变(如固态到液态)的材料，在相变过程中，相变材料会吸收或释放大量热量，称为相变潜热，且相变过程的温度基本不变，所以相变材料在同温度区间内可以比水储放更多的热量。现在对相变储热的研究尚不成熟，存在相变材料导热较慢，填埋在相变材料内的换热管分布不均匀，换热效率不高，设计储热量过低等缺点，从而阻碍了相变储热***的发展和利用。
查看现有的相关发明和实用新型专利，专利申请号为CN201210108199.0的发明专利公开了一种相变储热***，在换热器与容器之间填充相变储热材料组成储热单元，然后把至少一个储热单元并联在热媒输送管道上。该***容器和换热面积都不大，不具备专门的控制器对热量的输入和输出进行智能控制。专利申请号为CN201520822183.5实用新型专利公开了一种相变式太阳能热水***，通过太阳能集热器或电加热器加热相变材料。该***的冷流体依次经过太阳能集热器、电加热器、储热热池后直接输出，当储热热池温度低于限定值后内部剩余热量没有回收利用，从而降低了能量利用率。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种分布式高效节能相变储热***。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种分布式高效节能相变储热***，包括由相变储热主体、换热器和电加热器组成的储热回路和输出回路，
所述储热回路包括新能源供热模式和电加热模式，在新能源供热模式下，相变储热主体和换热器连接并构成储热循环，在电加热模式下，相变储热主体和电加热器连接并构成储热循环，
所述输出回路包括直接输出模式和电加热辅助加热模式，在直接输出模式下，相变储热主体的进出口分别连接冷水输入口和热水输出口，在电加热辅助加热模式下，相变储热主体的进水口连接冷水输入口，出水口依次连接电加热器和热水输出口。
作为优选的实施方案，所述相变储热主体、换热器和第一循环泵依次连接并构成储热回路，在相变储热主体和换热器之间管路上还设有第一三通阀，第一循环泵和相变储热主体之间管路上还设有第二三通阀，其中，所述第一三通阀的另一个接口连接电加热器，并从电加热器出水口引出两条支路，其中一条直接连接热水输出口，另一条返回连接相变储热主体，所述第二三通阀的另一个接口连接冷水管路，该冷水管路上布置有第二循环泵。
作为上述优选的实施方案的更优选，从电加热器出水口引出的另一条支路接入所述冷水管路的第二循环泵的进水口处，并通过第二循环泵返回相变储热主体。
作为上述优选的实施方案的更优选，在换热器与第一循环泵、热水输出口、冷水输入口、电加热器接入冷水管路的支路上分别设有流量控制阀，所述流量控制阀、第一三通阀、第二三通阀还连接PLC控制器，并通过PLC控制器控制各阀门开关实现管路切换。
作为上述更优选的实施方案的进一步优选，在相变储热主体内、相变储热主体的进出口处、电加热器出口处分别设有温度传感器，在电加热器出口处还设有压力传感器，在第一循环泵和第二循环泵出水口处分别设有流量传感器，所述温度传感器、压力传感器、流量传感器均反馈连接PLC控制器。
作为优选的实施方案，相变储热主体包括至少一个储热单元，所述储热单元包括外壳、内胆、换热管组、金属波纹翅片组和TP阀，其中，外壳和内胆采用不锈钢制成，在外壳和内胆之间还填充有保温材料，相变材料填充于换热管道和金属波纹翅片之间，TP阀安装在储热单元的泄流管道上，当储热器内部压力和温度过高时会自动开启，起到安全保护作用。
作为上述优选的实施方案的更优选，所述相变储热主体包括多个串并联连接的储热单元，其中，进口主管路分出进水支路分别连接每个储热单元的进水口，每个储热单元的出水口还通过管路汇流连接出口主管路，相邻两个储热单元的出水口之间还设有管路切换阀，并从管路切换阀引出支路接入下一个储热单元的进水支路上，在进水支路上还设有用于调节所处储热单元串并联状态的截断阀。
作为上述更优选的实施方案的进一步优选，所述储热单元的进水口处还设有进水阀。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)选择相变温度合适、储热密度高的相变材料代替介质水作为储热装置的填充材料，可有效减小装置的空间体积，提高储热效率，并且取放热方便。
(2)储热主体可根据用户数量、需热量、所需温度等进行储热单元数目和串并联的调整。采用PLC控制器调节***各处，可得到较适宜的水温和水量，使***更智能化。
(3)多种供热源可以选择，在太阳能充足的情况下可以用太阳能热进行储热，在不充足的情况下则可直接用电加热。当储热主体释放热量不足时，输出回路的温度小于设定值，但高于环境温度，此时可以打开电加热辅助加热来利用这部分热，从而提高效率和节省电费。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的相变储热主体的储热单元的串并联示意图；
图中，1为相变储热主体，1-1为换热管组，1-2为内胆，1-3为外壳，1-4为相变材料，1-5为TP阀，2为电加热器，3-1、3-2、3-3、3-4为温度传感器，4-换热器，5-1、5-2、5-3为流量控制阀，6-PLC控制器，7-1为第一三通阀、7-2为第二三通阀，8为热水输出口，9为冷水输入口，10-1为第一循环泵，10-2为第二循环泵，11-1、11-2为流量传感器，12-压力传感器，100-储热单元，200-进水阀，300-管路切换阀，401-进口主管路，402-出口主管路。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
一种分布式高效节能相变储热***，参见图1所示，包括由相变储热主体1、换热器4和电加热器2组成的储热回路和输出回路，所述储热回路包括新能源供热模式和电加热模式，在新能源供热模式下，相变储热主体1和换热器4连接并构成储热循环，在电加热模式下，相变储热主体1和电加热器2连接并构成储热循环，所述输出回路包括直接输出模式和电加热辅助加热模式，在直接输出模式下，相变储热主体1的进出口分别连接冷水输入口9和热水输出口8，在电加热辅助加热模式下，相变储热主体1的进水口连接冷水输入口9，出水口依次连接电加热器2和热水输出口8。
作为优选的实施方案，所述相变储热主体1、换热器4和第一循环泵10-1依次连接并构成回路，在相变储热主体1和换热器4之间管路上还设有第一三通阀7-1，第一循环泵10-1和相变储热主体1之间管路上还设有第二三通阀7-2，其中，所述第一三通阀7-1的另一个接口连接电加热器2，并从电加热器2出水口引出两条支路，其中一条直接连接热水输出口8，另一条返回连接相变储热主体1，所述第二三通阀7-2的另一个接口连接冷水管路，该冷水管路上布置有第二循环泵10-2。作为上述优选的实施方案的更优选，从电加热器2出水口引出的另一条支路接入所述冷水管路的第二循环泵10-2的进水口处，并通过第二循环泵10-2返回相变储热主体1；在换热器4与第一循环泵10-1、热水输出口8、冷水输入口9、电加热器2接入冷水管路的支路上分别设有流量控制阀，所述流量控制阀、第一三通阀7-1、第二三通阀7-2还连接PLC控制器6，并通过PLC控制器6控制各阀门开关实现管路切换；在相变储热主体1内、相变储热主体1的进出口处、电加热器2出口处分别设有温度传感器，在电加热器2出口处还设有压力传感器12，在第一循环泵10-1和第二循环泵10-2出水口处分别设有流量传感器，所述温度传感器、压力传感器12、流量传感器均反馈连接PLC控制器6。
作为优选的实施方案，相变储热主体1包括至少一个储热单元100，所述储热单元100包括外壳1-3、内胆1-2、换热管组1-1、金属波纹翅片组和TP阀1-5，其中，外壳1-3和内胆1-2采用不锈钢制成，在外壳1-3和内胆1-2之间还填充有保温材料，相变材料1-4填充于换热管道和金属波纹翅片之间，TP阀1-5安装在储热单元100的泄流管道上，当储热器内部压力和温度过高时会自动开启，起到安全保护作用。作为上述优选的实施方案的更优选，参见图2所示，所述相变储热主体1包括多个串并联连接的储热单元100，其中，进口主管路401分出进水支路分别连接每个储热单元100的进水口，每个储热单元100的出水口还通过管路汇流连接出口主管路402，相邻两个储热单元100的出水口之间还设有管路切换阀300，并从管路切换阀300引出支路接入下一个储热单元100的进水支路上，在进水支路上还设有用于调节所处储热单元100串并联状态的截断阀。作为上述更优选的实施方案的进一步优选，所述储热单元100的进水口处还设有进水阀200。
实施例1
如图1所示，本发明包括相变储热主体1、储热回路、输出回路及PLC控制器四大部分，PLC控制器6连接各处温度传感器3-1、3-2、3-3、3-4，流量传感器11-1、11-2和压力传感器12，监控温度和压力变化，并控制流量的大小和管路的切换。其中相变储热主体1内部使用单个或多个储热单元100可通过串并联和阀门调控；储热回路下可用电加热模式和新能源加热模式；输出回路可直接输出和辅助电加热输出。
下面将具体介绍2种储热模式：如图1所示，在使用太阳能等新能源供热时，第一三通阀7-1和第二三通阀7-2分别连通A1-C1和A2-C2，介质从换热器4中获得热量，经过流量控制阀5-1、第一循环泵10-1、流量传感器11-1、温度传感器3-2进入相变储热主体1储热，然后经过温度传感器3-3回到换热器4完成一次循环，不断这样循环将热量储存到相变储热主体1中；当太阳能热不足时使用电加热模式，第一三通阀7-1和第二三通阀7-2分别连通A1、B1和A2、B2，流量控制阀5-2、5-3关闭，流量控制阀5-4打开，较低温度的介质从相变储热主体1出来后，经过电加热器2进行加热，再经过流量控制阀5-4，第二循环泵10-2、流量传感器11-2、温度传感器3-2进入相变储热主体1储热完成一次循环，不断这样循环将热量储存到储热主体中。
下面将具体介绍输出模式：如图1所示，当用户需要用热时，第一三通阀7-1和第二三通阀7-2分别连通A1、B1和A2、B2，流量控制阀5-2、5-3打开，流量控制阀5-4关闭，冷水从冷水输入口9进入，依次经过流量控制阀5-3，第二循环泵10-2、流量传感器11-2、温度传感器3-2进入相变储热主体1被加热，然后依次经过温度传感器3-3、电加热器2(若温度低于用户设定值，则打开电加热辅助加热，否则不开启电加热)、温度传感器3-4和压力传感器12，最后从热水出水口8流出。
下面将具体介绍储热主体内部串并联连接情况：参见图2所示，储热主体1内部可以是单个储热单元100，也可以是多个串并联的储热单元100。当管路切换阀300连通a和b管道，此时为并联模式，介质从进口主管路401流入，然后通过分流到各进水支路(此时，各进水支路接通)，进入各储热单元100进行换热，之后汇流集中到出口主管路402流出；当管路切换阀300连通a和c管道，此时为串联模式(此时，各进水支路上的截断阀关闭)，介质从进口主管路401流入，然后依次进入各储热单元100进行换热，最后从出口主管路402流出，该模式下进出口流体可获得较大的温差。当热源供热无法满足多个储热单元时，只需关闭对应储热单元100进水口处的阀门200即可断开该储热单元100，从而调整有效利用的储热单元100数量。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种分布式高效节能相变储热***，其特征在于，包括由相变储热主体、换热器和电加热器组成的储热回路和输出回路，
所述储热回路包括新能源供热模式和电加热模式，在新能源供热模式下，相变储热主体和换热器连接并构成储热循环，在电加热模式下，相变储热主体和电加热器连接并构成储热循环，
所述输出回路包括直接输出模式和电加热辅助加热模式，在直接输出模式下，相变储热主体的进出口分别连接冷水输入口和热水输出口，在电加热辅助加热模式下，相变储热主体的进水口连接冷水输入口，出水口依次连接电加热器和热水输出口。
2.根据权利要求1所述的一种分布式高效节能相变储热***，其特征在于，所述相变储热主体、换热器和第一循环泵依次连接并构成回路，在相变储热主体和换热器之间管路上还设有第一三通阀，第一循环泵和相变储热主体之间管路上还设有第二三通阀，其中，所述第一三通阀的另一个接口连接电加热器，并从电加热器出水口引出两条支路，其中一条直接连接热水输出口，另一条返回连接相变储热主体，所述第二三通阀的另一个接口连接冷水管路，该冷水管路上布置有第二循环泵。
3.根据权利要求2所述的一种分布式高效节能相变储热***，其特征在于，从电加热器出水口引出的另一条支路接入所述冷水管路的第二循环泵的进水口处，并通过第二循环泵返回相变储热主体。
4.根据权利要求2所述的一种分布式高效节能相变储热***，其特征在于，在换热器与第一循环泵、热水输出口、冷水输入口、电加热器接入冷水管路的支路上分别设有流量控制阀，所述流量控制阀、第一三通阀、第二三通阀还连接PLC控制器，并通过PLC控制器控制各阀门开关实现管路切换。
5.根据权利要求4所述的一种分布式高效节能相变储热***，其特征在于，在相变储热主体内、相变储热主体的进出口处、电加热器出口处分别设有温度传感器，在电加热器出口处还设有压力传感器，在第一循环泵和第二循环泵出水口处分别设有流量传感器，所述温度传感器、压力传感器、流量传感器均反馈连接PLC控制器。
6.根据权利要求1所述的一种分布式高效节能相变储热***，其特征在于，相变储热主体包括至少一个储热单元，所述储热单元包括外壳、内胆、换热管组、金属波纹翅片组和TP阀，其中，外壳和内胆采用不锈钢制成，在外壳和内胆之间还填充有保温材料，相变材料填充于换热管道和金属波纹翅片之间，TP阀安装在储热单元的泄流管道上。
7.根据权利要求6所述的一种分布式高效节能相变储热***，其特征在于，所述相变储热主体包括多个串并联连接的储热单元，其中，进口主管路分出进水支路分别连接每个储热单元的进水口，每个储热单元的出水口还通过管路汇流连接出口主管路，相邻两个储热单元的出水口之间还设有管路切换阀，并从管路切换阀引出支路接入下一个储热单元的进水支路上，在进水支路上还设有用于调节所处储热单元串并联状态的截断阀。
8.根据权利要求7所述的一种分布式高效节能相变储热***，其特征在于，所述储热单元的进水口处还设有进水阀。
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