一种基于蓄热模块的热物流系统的制作方法

本发明涉及一种热物流系统，基于蓄热模块设备，用于热量的收集、运输、利用。可以用于：余热利用和兼容多种产热和供热设备。

背景技术：

目前城市主要使用集中供暖系统，但是供暖管网敷设的建设周期较长、投资较大、范围有限。

热物流通过蓄热模块将余热源的余热进行回收，将蓄热模块运输到用户处，然后将热量送入城市供热系统中。当完成一次放热操作后，蓄热模块被运送回余热源重新充热。如此循环进行余热供热。

技术实现要素：

本发明热物流系统基于一种通用型蓄热模块，可以在不同工作环境下进行蓄热、放热、传热作业。

本发明采取的具体技术内容如下：

热物流利用公路铁路等交通网线，不需要大型基础建设。

热物流的热源端一般为：冶炼厂、化工厂、电厂等余热排放单位，也可连接太阳能光热、风电等清洁能源设备。

热物流的热用户为城市住户、宾馆、写字楼等。

热物流所使用蓄热模块的外形使用集装箱，或小型货箱，便于陆路运输。

热物流所使用蓄热模块的内部安装保温层，从而确保运输存放过程中散热损失小。

热物流所使用蓄热模块的本体结构，包括金属外壳、保温衬材、传热管道、温度压力传感器、流道接口、蓄热碎块等。

热物流所使用蓄热材料使用岩石、水泥、陶瓷、金属冶炼废渣、建筑废物、低品位矿石等多种固体材料。经过安定化、清洗、粉碎、筛选等前处理工艺后形成毫米或厘米级别的颗粒，在蓄热模块中堆积成颗粒床。

热物流所使用蓄热模块中的传热管道，采用列管式传热屏，通过s型交叠布置，使蓄热碎块床层形成间隔式多层结构，在有限空间内充分利用传热空间。确保流体在蓄热模块中流过时有足够的停留时间，提升传热效率。

热物流所使用蓄热模块以斜温层方式进行蓄热和传热，高温区域和低温区域经由斜温层的隔离无法直接传热，从而保证了其充放热过程中的出口温度稳定，不会因为温度改变影响下游设备稳定运行。

热物流所使用蓄热模块内部布置有多组热电偶测量其内部温度分布，并且在出入口布置压力传感器用于测量压力，用于了解其工作状态。

热物流某些特定场合一级蓄热模块无法完成要求时，可以采用多个蓄热模块组成网络状蓄热模组进行作业。

热物流所使用蓄热模块中安装有电热装置，用于在无外部热源的情况下自身的电加热蓄热，可以用于蓄热电锅炉、建筑蓄热供暖、弃风电转热等场合。

热物流所使用蓄热模块蓄热工作时，其颗粒床中的微细孔道可以通过吸附作用，清理进入的传热流体中的微细颗粒等有害物质。

热物流所使用蓄热模块中的污染物富集饱和后，可以更换蓄热模块，卸除的蓄热模块集中在重整处理后可重新使用。重整方法包括：焚烧、烧结、水洗、填埋。

本发明中，所述热物流系统可以应用在城市供暖、余热利用，转移式储热，空气净化，雾霾治理，弃风电转热，水体过滤，太阳能光热蓄热，绿色建筑蓄能，峰谷电蓄能，冶金废热回收等场合。

本发明中，所述热物流所使用通用蓄热模块，可根据不同工作场合的需要进行蓄热作业；能与不同的上下游设备和传热流体兼容；可以大规模标准化制造，易于设计、安装、更换。

本发明中，所述热物流所使用蓄热碎块采用岩石、水泥、陶瓷、金属冶炼废渣、建筑废物、低品位矿石等多种材料，可将固体废物资源化循环利用。

本发明中，所述热物流所使用蓄热材料经过安定化、清洗、粉碎、筛选等前处理工艺后形成毫米或厘米级别的蓄热碎块，在蓄热模块中以颗粒床堆积布置。

本发明中，所述热物流所使用传热流体通过蓄热碎块颗粒床中的空隙或者传热管道，与蓄热碎块发生接触或非接触式传热。

本发明中，所述热物流所使用蓄热模块中的颗粒床中的微细孔道，通过其表面的吸附作用，清理传热流体。

本发明中，所述热物流所使用传热流体可以使用水、空气、烟气、导热油等多种气体或液体。

本发明中，所述热物流所使用蓄热模块中采用列管式传热屏，通过s型交叠布置，使蓄热碎块床层形成间隔式多层结构，使管内与管外两组流动通道交叠并行。

本发明中，所述热物流所使用蓄热模块采用斜温层式储热方式，通过斜温层将冷热区域隔离开，从而冷热区域不发生直接传热，从而保证其工作过程中出口流体温度稳定，下游设备工作稳定。

本发明中，所述热物流所使用蓄热模块内安装有温度、压力传感器，用于检测其内部工作参数，以判断其所属工作状态。

本发明中，所述热物流所使用蓄热模块内安装有电热装置，用于在无外部热源的情况下，作为发热和蓄热装置。

本发明中，所述热物流所使用蓄热模块中微细颗粒富集达到饱和时，可将其中的蓄热碎块进行焚烧、烧结、水洗等重整处理后再次使用。

本发明中，所述热物流所使用蓄热模块可以进行多级串并联连接成网络化模组，以满足大蓄热量。大流量等工作要求。

本发明中，所述热物流可用于蓄冷，工作方式与蓄热相同，传热流体为低温流体。

本发明的有益效果在于：

热物流可以用于余热利用，城市供暖，有益于环保节能和环境治理。

热物流可以通过供暖、电网削峰填谷、余热发电，与清洁能源设备联用等方式，实现经济性。

热物流所使用蓄热模块具有设计安装简便，兼容性好，更换方便，工作稳定，易于维护，性能优越，价格低廉等优点。保温设计可以使其长时间保存热量。

热物流所使用蓄热材料，性能优良，工作温度范围宽，成本低廉，理化性能稳定。

热物流所使用蓄热材料可以资源化利用固体废弃物，治理固废污染。

热物流可以在蓄热作业中，同时清理传热流体中的微细颗粒等污染物，实现低成本大气和水体的污染治理。

热物流所使用蓄热模块中微细颗粒富集饱和后，可集中，重整处理后再次使用。

热物流所使用蓄热模块安装有通用接口，可以多级串并联，形成大型蓄热设备。

热物流所使用蓄热模块采用斜温层式蓄热，运行过程中出口温度稳定，保证其下游设备运行稳定。

热物流所使用蓄热模块安装有传感器，可以实时在线了解其工作状态。

热物流所使用蓄热模块安装有电热装置，可以在无外界热源的情况下工作。

附图说明

图1是热物流所使用蓄热模块的结构示意图。

图2是热物流所使用蓄热模块工作过程中内部的流动路线示意图。

图3是热物流所使用蓄热模块以斜温层方式进行工作的示意图。

图附标记：1蓄热模块外壳；2列管式传热管；3温度传感器；4电热装置；5蓄热碎块；6保温隔热层；7管外流体出入接口；8传热屏；9管内流体流动路线；10管外流体流动路线；11低温区；12高温区；13斜温层区；14管内流体出入接口；15压力传感器；16列管式传热屏。

具体实施方式

下面结合附图1、2、3，对本发明的具体实施方式加以阐述。

热物流使用蓄热模块对热量进行收集、存储、运输、释放。按照20gp的标准集装箱规格设计，即5.69m（长）×2.13m（宽）×2.18m（高），体积26.4m3。单个蓄热模块最大储热量约20gj。蓄热模块使用钢铁等金属材料制造长方体箱体外壳1，要求密封不透气。蓄热模块外壳打开填装蓄热碎块，并且方便后期更换维护。内部使用珍珠棉、玻璃纤维等绝热材料沿内壁安装保温隔热层6。

蓄热模块内部使用列管式传热屏16，由列管式传热管2和传热屏8组成。通过s型交叠布置，使蓄热碎块床层形成间隔式多层结构，使管内与管外两组流动通道交叠并行。并且沿管外流动通道安装温度传感器3和电热装置4。在蓄热模块的前、后、上面分别安装管内管外流动通道的进出口接口7和14，用于与上下游设备连接或者与多个蓄热模块连接形成网络蓄热模组。

蓄热材料装入蓄热模块前需要进行前处理。使用岩石，水泥，陶瓷，金属冶炼废渣，建筑废物，低品位矿石等多种固体材料。根据原料自身特性，选择合适的前处理工艺。经过清洗，粉碎，筛选，安定化等一系列工序后形成毫米或厘米级别的蓄热碎块5。

热物流采集余热时，根据现场上游热源设备所提供的传热流体的种类、流量、温度、蓄热时间、蓄热量等工作参数，进行蓄热模块的设计、安装。蓄热模块的主要设计参数为蓄热碎块的直径，当流量较高时，选取较大直径的蓄热碎块，从而减小流动阻力；当要求传热效率较高或者系统较紧凑时，使用较小直径的蓄热碎块，从而增加传热面积。

热物流工作时，当单一蓄热模块无法完成大规模蓄热作业要求时，采用多个模块连接成蓄热模组的方案。蓄热模组根据现场的工作要求，和蓄热模块的设计参数，采取不同的使用级数和串并联方式。当上游传热流体携带热量较高时，无法在一级蓄热模块中完成传热，进入二级串联蓄热模块中发生二次传热。以此类推，可以依序进入三级、四级蓄热模块中进行传热，最终实现较高蓄热效率。当上游传热流体流量较高时，可以同时进入多个并联蓄热模块中进行传热。

本发明的工作方式：

热物流通过蓄热模块将余热源的余热进行回收，将蓄热模块运输到用户处，然后将热量送入城市供热系统中。当完成一次放热操作后，蓄热模块被运送回余热源重新充热。如此循环进行余热供热。通过交通运输系统在城市与工厂等余热端之间形成网络，从而形成大规模的余热利用和城市供热系统。

热物流工作时将上游的传热流体通过管路接入蓄热模块入口。热流体流入模块，将热量传递给蓄热碎块。根据流体是否与蓄热碎块发生直接接触，从而选择两组流动通道中的一组以及相应的接口。两组流动通道分别为管外和管内通道，当使用管外流动通道10时，传热流体流经蓄热碎块间空隙，传热方式为表面接触式传热；当使用管内通道9时，传热流体流经蓄热模块内部管路，传热方式为间接式传热。当采取管外流动时，传热流体中所携带的微细颗粒以及其他有害物质将吸附到蓄热碎块的表面，在传热和蓄热同时完成对传热流体的清理。

热物流在城市热用户侧时，通过将冷空气通过蓄热模块加热成热空气后送入建筑的新风系统。或者将冷水通过蓄热模块加热成热水，送入建筑的热水或者供暖管道系统。

蓄热模块采用斜温层式蓄热方式，即当传热流体流经蓄热碎块时，始终为单一方向流动，无循环流动和自然对流。与其最先发生传热的区域为高温区域12，与其最后发生传热的区域为低温区域11，其两者之间的区域为斜温层13。斜温层狭窄，并且温度梯度大。高温区域和低温区域被斜温层分割开，且两者的温度分别和上游传热流体的温度与蓄热材料的初始温度相关。充热过程中，斜温层持续的从蓄热模块的入口处向出口处移动，直到充热完成，蓄热模块内部完全为高温区域。蓄热模块在充放热过程中，出口处传热流体的温度稳定，从而其下游的设备可以维持在稳定的运行工况。

蓄热模块工作时根据其内部安装的温度传感器3，检测系统的内部温度分布并反馈信息到外界，供操作人员阅读。温度传感器沿管外流动通道分布安装，因此根据蓄热模块内部温度的空间分布，判断斜温层的位置，进一步判断充热和放热过程的进程。当充热过程时斜温层位置移动靠近蓄热模块的出口时，判断此时充热作业完成，接下来可以进行放热作业。反之放热过程亦同。

蓄热模块的进出口安装有压力传感器15，用于检测其内部的压力变化，进一步得到压力差。当工作一段时间后，压力传感器显示蓄热模块内部的压力差明显上升，判断此时内部的微细颗粒等污染物已经富集并且饱和，导致流动阻力上升，将蓄热模块更换。

当蓄热模块中的微细颗粒等污染物富集饱和时，更换蓄热模块。卸除的蓄热模块中的蓄热碎块可以集中进行重整处理后重新使用。重整方法可以使用焚烧消除其中的有机微细颗粒；使用烧结处理其中的无机微细颗粒；对于重金属等有害物质采用水洗后无害化处理。对于无法重整处理并重新使用的蓄热碎块进行填埋。