CN114166055A - 提高储能放热效率的蓄热水箱、储能放热方法、供热*** - Google Patents

提高储能放热效率的蓄热水箱、储能放热方法、供热*** Download PDF

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Abstract

本发明属于箱体的能源应用技术领域，公开了一种提高储能放热效率的蓄热水箱、储能放热方法、供热***，将蓄热水箱的蓄热与放热两过程分开，各自使用独立的循环方式满足不同的需求；在蓄热阶段，使热水从下方进入蓄热水箱，在冷热水密度差的作用下，冷热水自发的流动，并且在摩擦力的作用下两相向而行的水流纠缠形成涡，进行热量传递；在放热阶段，利用高温热水与低温热水的密度差形成冷热水分层；向热用户进行供热。本发明在蓄热时，利用自然循环的方式加大了冷热水混合程度，提高了储能效率缩短了蓄热时间。在放热时，利用冷热水密度差保证了冷热水分层的效果可以向热用户稳定供热，同时蓄热量的提高延长了供热时间。

Description

提高储能放热效率的蓄热水箱、储能放热方法、供热***
技术领域
本发明属于箱体的能源应用技术领域，尤其涉及一种提高储能放热效率的蓄热水箱、储能放热方法、供热***。
背景技术
箱体是一种为供热***提供储能以及负荷调节服务的设备，由于供电峰谷之间存在差价，因此可以利用箱体通过在谷电时段蓄热，在峰电时段放热来提高经济效益。箱体在蓄热放热时冷热水都共存于箱体内部，但传统箱体的设计更注重于放热时的冷热水分层效果，以此来保证供水温度。这样使得箱体在蓄热时冷热水混合程度较低难以快速储能延长了蓄热时间，造成箱体内温差加大储能效率降低。
因此，研究一种能够使箱体在蓄热时加大冷热水混合程度，并且在放热时还能维持冷热水分层效果的方法就显得尤为重要。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
(1)现有技术的蓄热设备储能效率低，蓄热时间长，使得热能利用率变低。
(2)现有技术的蓄热设备在放热时，供热时间短。使得热能利用率差。
解决以上问题及缺陷的意义为：本发明旨在将蓄热水箱的蓄热与放热两部分彻底分开，使用独立的两套循环***满足不同的需求。
发明内容
为克服相关技术中存在的问题，本发明公开实施例提供了一种提高储能放热效率的蓄热水箱、储能放热方法、供热***。
所述技术方案如下：一种提高蓄热水箱储能放热效率的方法，包括：
将蓄热水箱的蓄热与放热两过程分开，各自使用独立的循环方式满足不同的需求；
在蓄热阶段，使热水从下方进入蓄热水箱，在冷热水密度差的作用下，冷热水自发的流动，并且在摩擦力的作用下两相向而行的水流纠缠形成涡，进行热量传递；
在放热阶段，利用高温热水与低温热水的密度差形成冷热水分层；向热用户进行供热。
在一实施例中，在放热阶段蓄热水箱内部换热温差为Δt＝t1-t2；根据换热公式Q＝KMΔt，换热时的温差越大换热量越大，换热效率越高；Q-换热量；K-换热系数；M-水的质量流量；Δt-换热温差；t1高温热水温度；t2低温热水温度。
在一个实施例中，在蓄热阶段，关闭用户侧管道，开启蓄热管道出水口和蓄热管道进水口，开启蓄热循环泵；箱体内部的冷水从上方蓄热管道出水口流出送至锅炉，加热后成为高温热水由蓄热循环水泵送入箱体，高温热水从下方进入箱体，密度较小的热水自发的向上流动使得冷热水相互掺混产生涡流，通过涡流将高温热水中的能量传递至箱体各个角落。
在一个实施例中，当低温水在箱体内达到一定高度，通过溢流管流出；箱体内的污水通过排污口流出。
在一个实施例中，在放热阶段，关闭蓄热管道出水口和蓄热管道进水口，开启用户侧管道；热水由上方流出箱体送至热用户，用户侧回水由下方布水器以层流的方式均匀送入箱体内部，形成斜温层。
在一个实施例中，当高温热水在箱体内达到一定高度，通过溢流管流出；箱体内的污水通过排污口流出。
本发明的另一目的在于提供一种提高储能放热效率的蓄热水箱设置有箱体，所述箱体的一侧对应安装有相互匹配的供热管道出水口和供热管道进水口；所述箱体的同一侧还设置有相互匹配的蓄热管道出水口和蓄热管道进水口；箱体上部开有溢流管，箱体下端开有排污口。
在一个实施例中，所述供热管道出水口设置在箱体的顶部，所述供热管道进水口设置在箱体的底部。
在一个实施例中，所述蓄热管道出水口设置在箱体的顶部，所述蓄热管道进水口设置在箱体的底部。
本发明的另一目的在于提供一种供热***，所述供热***实施所述提高蓄热水箱储能放热效率的方法。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：
在蓄热时，利用自然循环的方式加大了冷热水混合程度，提高了储能效率缩短了蓄热时间。
在放热时，利用冷热水密度差保证了冷热水分层的效果可以向热用户稳定供热，同时蓄热量的提高延长了供热时间。
当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明的公开。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
图1是本发明实施例提供的提高储能放热效率的蓄热水箱的结构示意图。
图中：1、供热管道出水口；2、蓄热管道出水口；3、供热管道进水口；4、蓄热管道进水口；5、溢流管；6、排污口；7、箱体。
图2是本发明实施例提供的提高蓄热水箱储能放热效率的方法流程图。
图3是本发明实施例提供高温热水与低温热水热交换示意图；其中，图3(a)高温热水层与低温热水热层初始状态；图3(b)形成新的水层图；图3(c)斜流层的形状上边界层与上层水体温度达到平衡，下边界层水温与下层水体温度达到平衡示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
本发明提供的提高蓄热水箱储能放热效率的方法，包括：将蓄热水箱的蓄热与放热两过程分开，各自使用独立的循环方式满足不同的需求；在蓄热阶段，使热水从下方进入蓄热水箱，在冷热水密度差的作用下，冷热水自发的流动，并且在摩擦力的作用下两相向而行的水流纠缠形成涡，进行热量传递；
在放热阶段，利用高温热水与低温热水的密度差形成冷热水分层；向热用户进行供热。
如图1所示，该提高储能放热效率的蓄热水箱在蓄热时，利用自然循环加大冷热水混合程度，提高储能效率；在放热时，利用冷热水密度差来保证冷热水分层效果，维持供水温度。在蓄热时，分别从箱体7底部注入热水，在箱体7顶部排出冷水，此时箱体7内部由于冷热水自身物理性质，使冷热水相互混合产生涡流，将外部注入的能量快速传递至箱体7各处，可以显著提高储能效率并减少箱体7内部的温差。在放热时，将热水均匀的从箱体7上方吸出供至热用户，同时将热用户处的回水从箱体7底部以层流状态均匀送入水箱内部，保证箱体7内斜温层的稳定，使冷热水分层。
如图2所示，本发明实施例提供的提高蓄热水箱储能放热效率的方法包括：
S101，在蓄热阶段，由电锅炉加热后的热水从蓄热管道进水口4进入箱体7内，水箱内低温水从蓄热管道出水口2流至锅炉进行加热。当低温水在箱体7内达到一定高度，通过溢流管5流出。箱体7内的污水通过排污口6流出。
S102，在放热阶段，箱体7内高温热水从供热管道出水口1流至用户侧，回水从供热管道进水口3均匀进入水箱内形成斜温层减弱箱体7内中底部与顶部之间的换热。当高温热水在箱体7内达到一定高度，通过溢流管5流出。箱体7内的污水通过排污口流出。
在本发明一优选实施例中，箱体7在蓄热阶段，关闭用户侧管道，开启蓄热管道出水口2和蓄热管道进水口4，开启蓄热循环泵。箱体7内部的冷水从上方蓄热管道出水口2流出送至锅炉，加热后成为高温热水由蓄热循环水泵送入箱体7，高温热水从下方进入箱体7，由于冷热水温度不同导致其密度也大不相同，密度较小的热水自发的向上流动使得冷热水相互掺混产生涡流，而涡流使得冷热水混合程度显著提高，将高温热水中的能量快速的传递至箱体7各个角落。高效传热使得应用本发明提供的箱体7相较于传统水箱在蓄热时温差减小，相对增加了蓄热量。因此箱体7通过提高冷热水混合程度，不仅相对增加了蓄热量而且有效提高了储热效率。
应用本发明提供的箱体7在放热阶段，关闭蓄热管道出水口2和蓄热管道进水口4，开启用户侧管道。热水由上方流出箱体送至热用户，用户侧回水由下方布水器以层流的方式均匀送入箱体7内部，保证斜温层的稳定，维持箱体7的供水温度。
下面结合具体原理及实施例对本发明技术方案作进一步描述。
在蓄热阶段，使热水从下方进入蓄热水箱，不用对流速与流量做什么特别的限定，在冷热水密度差的作用下，冷热水会自发的流动，并且在摩擦力的作用下两相向而行的水流会纠缠形成涡，加快热量传递。
因此对流量与流速不做特别限定，但可以通过加大注入热水的温度达到节省运行费用的目的。例如，如果在蓄热时，下冷上热，冷热水之间不存在大范围流动了冷热水的换热缓慢，因此需要将水箱内部大部分冷水进行置换；而如果是下热上冷，冷热水进行流动，出现对流换热热量交换迅速，因此可以通过较少的高温热水将同样的能量注入水箱完成蓄热。减少运行费用。
如图3高温热水与低温热水热交换示意图。其中，t1高温热水温度；t2低温热水温度，h斜温层厚度；如图3(a)高温热水层与低温热水热层初始状态.
热水之间有一个边界层，界面上高温热水与低温热水混合，形成温度为
Figure BDA0003385391170000061
的水层，该水层与上下水体形成新的界面，同样由于存在温差，继续产生导热和混合，形成新的水层Δh(初始斜温层)如图3(b)，与上界面接触的水层温度为
Figure BDA0003385391170000062
与下界面接触的水层温度为
Figure BDA0003385391170000063
总水层加厚，如此不断进行下去，直到斜流层的形状上边界层与上层水体温度达到平衡，下边界层水温与下层水体温度达到平衡为止，如图3(c)所示。
把在高温热水与低温热水之间形成的温度变化的水层叫斜温层h。斜温层内温度近似呈直线上升。
在现有技术中，上热下冷模式的水箱内的换热温差为
Figure BDA0003385391170000064
或
Figure BDA0003385391170000065
而本发明的水箱内部换热温差为t1-t2；根据换热公式Q＝KMΔt可知，换热时的温差越大换热量越大，换热效率越高；Q-换热量，K-换热系数，M-水的质量流量，Δt-换热温差。将蓄热与放热阶段完全独立，提高蓄热效率延长放热时间，这是本发明的创新所在。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围应由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种提高蓄热水箱储能放热效率的方法，其特征在于，所述提高蓄热水箱储能放热效率的方法包括：
将蓄热水箱的蓄热与放热两过程分开，各自使用独立的循环方式满足不同的需求；
在蓄热阶段，使热水从下方进入蓄热水箱，在冷热水密度差的作用下，冷热水自发的流动，并且在摩擦力的作用下两相向而行的水流纠缠形成涡，进行热量传递；
在放热阶段，利用高温热水与低温热水的密度差形成冷热水分层；向热用户进行供热。
2.根据权利要求1提高蓄热水箱储能放热效率的方法，其特征在于，在放热阶段蓄热水箱内部换热温差为Δt＝t1-t2；根据换热公式Q＝KMΔt，换热时的温差越大换热量越大，换热效率越高；Q-换热量；K-换热系数；M-水的质量流量；Δt-换热温差；t1高温热水温度；t2低温热水温度。
3.根据权利要求1所述的提高蓄热水箱储能放热效率的方法，其特征在于，在蓄热阶段，关闭用户侧管道，开启蓄热管道出水口(2)和蓄热管道进水口(4)，开启蓄热循环泵；箱体(7)内部的冷水从上方蓄热管道出水口(2)流出送至锅炉，加热后成为高温热水由蓄热循环水泵送入箱体(7)，高温热水从下方进入箱体(7)，密度较小的热水自发的向上流动使得冷热水相互掺混产生涡流，通过涡流将高温热水中的能量传递至箱体(7)各个角落。
4.根据权利要求3所述的提高蓄热水箱储能放热效率的方法，其特征在于，当低温水在箱体(7)内达到一定高度，通过溢流管(5)流出；箱体7内的污水通过排污口(6)流出。
5.根据权利要求1所述的提高蓄热水箱储能放热效率的方法，其特征在于，在放热阶段，关闭蓄热管道出水口(2)和蓄热管道进水口(4)，开启用户侧管道；热水由上方流出箱体送至热用户，用户侧回水由下方布水器以层流的方式均匀送入箱体(7)内部，形成斜温层。
6.根据权利要求5所述的提高蓄热水箱储能放热效率的方法，其特征在于，当高温热水在箱体(7)内达到一定高度，通过溢流管(5)流出；箱体(7)内的污水通过排污口流出。
7.一种实施权利要求1～6任意一项所述提高蓄热水箱储能放热效率的方法的提高储能放热效率的蓄热水箱，其特征在于，所述提高储能放热效率的蓄热水箱设置有箱体(7)，所述箱体(7)的一侧对应安装有相互匹配的供热管道出水口(1)和供热管道进水口(3)；所述箱体(7)的同一侧还设置有相互匹配的蓄热管道出水口(2)和蓄热管道进水口(4)；箱体(7)上部开有溢流管(5)，箱体(7)下端开有排污口(6)。
8.根据权利要求7所述的提高储能放热效率的蓄热水箱，其特征在于，所述供热管道出水口(1)设置在箱体(7)的顶部，所述供热管道进水口(3)设置在箱体(7)的底部。
9.根据权利要求7所述的提高储能放热效率的蓄热水箱，其特征在于，所述蓄热管道出水口(2)设置在箱体(7)的顶部，所述蓄热管道进水口(4)设置在箱体(7)的底部。
10.一种供热***，其特征在于，所述供热***实施权利要求1～6任意一项所述提高蓄热水箱储能放热效率的方法。
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