一种异类异质多热源共蓄装置

技术领域

本发明属于不同温度不同热源的存储利用技术领域，具体涉及一种异类异质多热源共蓄装置。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

能源形式的革新及能源技术的发展对国家经济发展和社会进步具有重要的意义。旨在大幅降低供热过程中所产生的污染物，减少对环境的破坏，人们开始探寻新的耗能方式，现在单一能源开发和利用逐步朝着多能互补、多源供热的方向发展。多能源组合既可以增加清洁能源利用率，又可以互相弥补不同能源间的缺点，通过能源合理配置，多种能源协同供热能，互补供暖是解决新建或者改扩建系统供热能力不足的重要方法之一，更是实现清洁供应热能、低碳甚至零碳供暖的重要方法。采取科学有效的方式，将多种能源按照相关比例进行合理的组合，即可得到较高的资源使用比重，从而可收获经济性效益。

热储能技术是解决以太阳能为代表的可再生能源和以余热为代表的余热资源间断不连续、波动性大、供需时间与空间不匹配等问题的关键。蓄热技术根据热量储存形式包括显热蓄热、热化学蓄热等。显热与热化学蓄热技术，具有蓄热密度小、蓄放热过程温度波动大，热负荷不太稳定等缺点。并且，发明人发现，在广大的农村地区，一般都是非集中供热的形式，现阶段主要以燃煤为主，兼有其他形式的热源，并且对不同热源的热能的利用率较低，不能满足稳定的热利用温度范围，更不能实现碳减排的目标。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种异类异质多热源共蓄装置。实现多种类热源、多温度能级热源的共装置蓄热，并且减少了热量损失和热量的能级损失。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

一种异类异质多热源共蓄装置，包括，

壳体，内部设置若干相变区域，每个相变区域填充相变材料；每个相变材料对应于不同的温度等级，每个相变区域构成各自的蓄热单元；

蓄热管，每个蓄热单元的相变区域设置多个蓄热管，相邻蓄热单元的蓄热管并联单独存在；

释热管，按照先低温区域后高温区域依次穿过各个蓄热单元的相变区域；

或，每个相变区域设置一个释热管，相邻相变区域的释热管位于壳体外侧的部分相互连接或相邻相变区域的释热管单独存在。

相变区域为填充相变材料的区域。蓄热管将热源的热量传递给相变材料，不同相变区域的蓄热管连接不同的热源，实现了多热源共蓄，当释热管穿过若干相变区域，释热管可以同时对不同区域的相变材料进行换热，利用不同的热源进行换热，可以满足热量的供应稳定性。如果单一的热源可以足够供应，则可以考虑释热管穿过单一的相变区域。

不同的热源包括太阳能，风能，生物质能，各种余热等形成的热源。可以实现异类异质多热源共蓄。多温度范围内的热能稳定供应。实现农村地区的供暖，实现零煤耗供暖。

本发明一个或多个技术方案具有以下有益效果：

本发明采用多级不同相变温度的含不同相变材料蓄热单元对不同品质热能进行不混合分级存储，构成不同种类热源、不同温度等级的多级蓄热单元，整体集成在同一个设备中，以在保持能量品质的前提下提高能量利用效率。为保持相邻蓄热单元之间保持绝热，本发明在相邻蓄热单元之间填充了轻质绝热材料组成的隔档。在蓄热阶段，携带不同品质热能的流体，根据热能品质，分别流过相应的蓄热单元，将热量传递给相应相变蓄热材料，蓄热材料发生相变，完成各个单元的蓄热。在由多个不同能级蓄热单元组成的蓄热整体装置中，为了减少散热损失，把温度等级较高的蓄热单元置于中间位置，把温度等级较低的蓄热单元置于两侧位置。在热能释放阶段，释热管中的低温流体从低温蓄热单元到高温蓄热单元依次通过蓄热单元分级吸收相变蓄热单元的热量。由于相变材料导热系数普遍较低，为了强化热能蓄放热的传热，在蓄热单元中释热管和蓄热管周围设置翅片换热结构，改善相变蓄热材料导热系数低、提高相变蓄热装置蓄放热速率。为了保证系统的紧凑度，为了减小整个系统热损失，在装置外部包裹一层保温材料。解决了现有的热能存储装置无法将不同热源的热能按照不同热能品质不发生能级贬值快速存储的问题，适用于非集中供热地区的分布式供热，例如广大的农村地区。

本发明的一种异类异质多热源共蓄装置的蓄热能力更强，热源能级不损失，容纳的能量种类众多，不受限制。适合于多种热源，包括低温热源、中温热源、高温热源。各种热源同时间蓄热，也可以不同时间蓄热。不分时段，无论有什么热源，都可以输入对应的单元实施蓄热，提高了蓄热装置的适应性和灵活性，提高了供热的可靠性，提高了能源利用率。这一共蓄装置适用于利用可再生能源供热的特点，实现零煤耗供暖。

本发明以三个热源为例，针对三个具有不同温度的不同热源，例如300℃、200℃、100℃三个热源，三个热源分别蓄热，三个蓄热单元的蓄热管互不联系，每个单元的蓄热材料选择仅取决于对应的设计热源温度。每个蓄热单元的蓄热管出口温度仅取决于本单元的蓄热能力，与其他蓄热单元无关。解决了多热源混合蓄热时过程中造成的能级损失。多个单元集成在一起，可以减少散热损失。因此本发明既能减少能级损失，又能减少能量损失。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是实施例1蓄热单元内部采用翅片换热结构的多热源相变蓄热放热一体化装置的主剖视图；

图2是图1的F-F剖视图；

图3是实施例1的多热源相变蓄热放热一体化装置的结构示意图；

图4是实施例2蓄热单元内部采用翅片换热结构的多热源相变蓄热放热一体化装置的主剖视图；

图5是图4的F-F剖视图；

图6是实施例2的多热源相变蓄热放热一体化装置的结构示意图；

图中：A-壳体；B-释热管部分；C-一级相变蓄热单元；D-一级相变蓄热单元中蓄热管部分；E-隔档；1-一级相变蓄热单元蓄热管入口；2-一级相变蓄热单元蓄热管出口；3-二级相变蓄热单元蓄热管入口；4-二级相变蓄热单元蓄热管出口；5-三级相变蓄热单元蓄热管入口；6-三级相变蓄热单元蓄热管出口；7-一级释热管入口；8-一级释热管出口；9-二级释热管入口；10-二级释热管出口；11-三级释热管入口；12-三级释热管出口；13-一级蓄热单元；14-二级蓄热单元；15-三级蓄热单元；16-一级蓄热单元肋片换热结构；17-一二级蓄热单元隔档；18-二三级蓄热单元隔档；19-二级蓄热单元肋片换热结构；20-三级蓄热单元肋片换热结构；21-保温层。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

一种异类异质多热源共蓄装置，包括，

壳体，内部设置若干相变区域，每个相变区域填充相变材料；每个相变材料对应于不同的温度等级，每个相变区域构成各自的蓄热单元；

蓄热管，每个蓄热单元的相变区域设置蓄热管，相邻相变区域的蓄热管单独存在；

释热管，按照先低温区域后高温区域依次穿过各个蓄热单元的相变区域；

或，每个相变区域设置一个释热管，相邻相变区域的释热管位于壳体外侧的部分相互连接或相邻相变区域的释热管单独存在。

在本发明的一些实施方式中，壳体内的若干相变区域之间设置绝热隔档。

在本发明的一些实施方式中，把温度等级较高的蓄热单元置于中间位置，把温度等级较低的蓄热单元置于两侧位置。

在本发明的一些实施方式中，相变区域设置至少2个，进一步为2-6个。比如3个、4个、5个、6个。

在本发明的一些实施方式中，蓄热单元按照温度等级梯级设置。

在本发明的一些实施方式中，在每一个蓄热单元相变区域内，设置多个蓄热管，蓄热管之间并联设置。

在本发明的一些实施方式中，在每一个蓄热单元相变区域的蓄热管采用翅片换热结构。

在本发明的一些实施方式中，壳体的外侧壁设置绝热层；优选的，绝热层的厚度大于100mm。

在本发明的一些实施方式中，相变材料为石蜡类、糖醇类、熔盐类材料。

在本发明的一些实施方式中，各个蓄热单元可以同时蓄热，也可以不同时蓄热。

如背景技术中所述，现有的显热蓄热、热化学蓄热的方法，具有蓄热密度小、蓄放热过程温度波动大，热负荷不太稳定等缺点。相比之下，相变换热具有蓄热密度大、蓄放热过程温度波动小热负荷稳定、安全可靠等优点，

并且，农村地区的没有实现集中供热，虽具有多种热源，但是能源的热能利用率低，不能够实现多能互补、多源供热的要求。即在农村地区现在还不能够实现多种热源的协同供能。本发明有助于解决供热能力不足的问题，实现可再生能源供热。

一些适用情景，可能具有多种热源资源，但是不一定同时存在，本发明可以因地制宜，就地取材，分时段蓄热，提高了能源利用率，保障供暖的稳定性。

本发明提出了一种异类异质多热源共蓄装置，包括若干相变区域，每个相变区域填充相变材料，每个相变材料对应不同的温度等级。每一个相变区域构成蓄热单元。蓄热管穿过蓄热单元的相变区域，进行释放热量，释热管经过相变区域进行吸收热量。

每个相变区域具有各自的蓄热管。蓄热管向对应的相变区域释放热量。

释热管依次穿过各个不同的蓄热单元，或者单独穿过每个蓄热单元后，引出蓄热单元。相邻的释热管在壳体的外部相接或不相接。

所以分为几种情况：

第一，释热管依次穿过各个不同的蓄热单元。释热管经过不同的蓄热单元进行分别吸收热量。不同的蓄热单元之间分别进行蓄热，相互不影响。当释热管依次穿过若干蓄热单元，释热管中的介质依次进入各个相变区域进行换热。

释热管中的介质经过相变区域分别对不同区域的热源进行吸热。各个相变区域对应的热源种类不同，热源的热能品质不同，可以实现不同热源的梯级加热。

沿着释热管中的介质的流动方向，热能品质逐渐升高。所以实现了热源按照热能品质、温度进行梯级加热、同时利用的过程。并且，如果某个热源中断，可以同时利用其它热源进行补充加热，实现供热的不中断。

第二，一个释热管对应一个相变区域，相邻的释热管在壳体的外部不相接。针对一个热源就可以进行供热的情况，这时释热管直接与一个相变区域进行换热。

第三，一个释热管对应一个相变区域，相邻的释热管在壳体的外部相接。释热管在一个相变区域吸热后，然后转到相邻的另一个相变区域进行吸热，可以方便输出各种不同温度的组合。

下面对异类异质多热源共蓄装置的细节结构进行阐述：

壳体内的各个蓄热单元之间设置绝热隔档。所述隔档采用绝热材料制成。防止各级相变材料蓄热单元相互之间的传热。保持各个相变区域的相变温度的差别，利于进行不同热源品质的热能利用，减少能级损失。

若干相变区域的温度设置具有两种情况：

第一，把温度等级较高的蓄热单元置于中间位置，把温度等级较低的蓄热单元置于两侧位置。比如，相变区域设置为3个，相变温度依次为100℃以内、200～300℃和100～200℃。这种设置的好处是，温度高的单元在中间，传热就会被温度低的单元接受。而不至于向外界传出温度高的热量。

第二，蓄热单元按照温度等级梯级设置，相变温度依次为100℃以内、100～200℃、200～300℃。适合于释热管按照先低温区域后高温区域依次穿过各个蓄热单元的相变区域的情况

沿着释热管内介质的流动方向，由低温向高温度依次流过各个蓄热单元。释热管内的介质依次经过各个相变区域，介质的温度逐渐升高。

在一个相变区域内，设置多个蓄热管，蓄热管之间并联设置。

在每个蓄热单元相变区域内的蓄热管和释热管采用翅片换热结构。设置翅片换热结构，提高相变蓄热装置蓄放热速率。

壳体的外侧壁设置绝热层，绝热层的厚度大于50-100mm。壳体设置绝热层可以提高壳体的绝热性能。

相变材料为石蜡类、糖醇类、熔盐类材料。相变区域内的相变材料种类较多，满足一定的相变温度范围。

如下的实施例均以三个不同温度的蓄热单元为例。

实施例1

一种异类异质多热源共蓄装置包括壳体A、释热管B、若干相变蓄热单元C、蓄热管D、两个绝热隔档E。

相变区域设置为3个，依次为一级蓄热单元13、二级蓄热单元14、三级蓄热单元15。

释热管B与各个蓄热单元的接口分别为一级释热管入口7；一级释热管出口8；二级释热管入口9；二级释热管出口10；三级释热管入口11；三级释热管出口12。

蓄热管D与各个蓄热单元的接口分别为一级相变蓄热单元蓄热管入口1；一级相变蓄热单元蓄热管出口2；二级相变蓄热单元蓄热管入口3；二级相变蓄热单元蓄热管出口4；三级相变蓄热单元蓄热管入口5；三级相变蓄热单元蓄热管出口6。

三个绝热隔档E分别为一二级蓄热单元隔档17；二三级蓄热单元隔档18。

一级蓄热单元13由一级相变蓄热材料(相变温度为<100℃)、一级相变蓄热单元蓄热管入口1；一级相变蓄热单元蓄热管出口2、一级蓄热单元肋片换热结构16组成。

二级蓄热单元14由二级相变蓄热材料(相变温度为200～300℃)、二级相变蓄热单元蓄热管入口3；二级相变蓄热单元蓄热管出口4、二级蓄热单元肋片换热结构19组成。

三级蓄热单元15由三级相变蓄热材料(相变温度为100～200℃)、三级相变蓄热单元蓄热管入口5；三级相变蓄热单元蓄热管出口6、三级蓄热单元肋片换热结构20组成。

所有翅片换热结构铝合金加工成，与蓄热管、释热管接触的地方进行焊接连接或者紧套连接。

整个装置外面包裹一层保温层21；

所述隔档采用绝热材料制成，防止各相变材料蓄热单元相互之间传热。

每一级相变材料蓄热单元中的蓄热管是并联的。

实施例2

本实施方式的一种蓄热单元内部采用翅片换热结构的多热源相变蓄热放热一体化装置，包括壳体A、释热管部分B、一级相变蓄热单元C、

一级相变蓄热单元中蓄热管部分D、三个隔档E；

其中，释热管部分B包括释热管进口、释热管出口

相变蓄热单元C包括一级蓄热单元13、二级蓄热单元14、三级蓄热单元15。

蓄热管部分D包括一级相变蓄热单元蓄热管入口1；一级相变蓄热单元蓄热管出口2；二级相变蓄热单元蓄热管入口3；二级相变蓄热单元蓄热管出口4；三级相变蓄热单元蓄热管入口5；三级相变蓄热单元蓄热管出口6；

隔档部分E包括：一二级蓄热单元隔档17；二三级蓄热单元隔档18；

一级蓄热单元部分由一级相变蓄热材料(相变温度为<100℃)、一级相变蓄热单元蓄热管入口1；一级相变蓄热单元蓄热管出口2、一级蓄热单元肋片换热结构16组成；

二级蓄热单元部分由二级相变蓄热材料(相变温度为100～200℃)、二级相变蓄热单元蓄热管入口3；二级相变蓄热单元蓄热管出口4、二级蓄热单元肋片换热结构19组成；

三级蓄热单元部分由三级相变蓄热材料(相变温度为200～300℃)、三级相变蓄热单元蓄热管入口5；三级相变蓄热单元蓄热管出口6、三级蓄热单元肋片换热结构20组成；

所有翅片换热结构采用铝合金加工成，与蓄热管、释热管接触的地方进行焊接连接。

整个装置外面包裹一层保温层21；

所述隔档采用绝热材料制成，防止各相变材料蓄热单元相互之间传热。

在蓄热阶段，不同热源换热流体分别流经各级相变材料蓄热单元释放热量。

每一级相变材料蓄热单元中的蓄热管是并联的。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。