基于光储热和相变储热联合的储热系统的制作方法

本申请涉及储热技术领域，尤其涉及一种基于光储热和相变储热联合的储热系统。

背景技术：

太阳能作为一种清洁环保的可再生能源，在我国能源结构占比中逐渐增加，但是由于太阳能的随机性和波动性，大规模发电并网加剧了电网波动。

另外还有一种储热方式为相变储热，相变储热主要利用相变材料在发生可逆相变过程中吸热和放热进行能量的存储和释放。其中相变材料具有储热密度高、工作寿命长、循环稳定性好和控制简单等优点，但是相变材料导热系数较低，储热和放热的可用温区窄，制约了相变储热方式的利用。

因此，需要一种能量储存系统以耦合太阳能光储热和相变储热两种储热方式。

技术实现要素：

本申请提供了一种基于光储热和相变储热联合的储热系统，以解决耦合太阳能光储热和相变材料相变储热两种储热方式在工程应用中的技术问题。

为了解决上述技术问题，本申请实施例公开了如下技术方案：

本申请提供了一种基于光储热和相变储热联合的储热系统，包括：

三相电加热器、相变储热单元、第一油泵、第二油泵、循环油泵、槽式光热集热器、储油罐，其中：

所述三相电加热器与所述相变储热单元电连接，所述相变储热单元上设有第一温度控制器；

所述相变储热单元的两端连通有第一储热支路；

所述第一储热支路包括依次连接的第一流量控制阀、第二流量控制阀、第一油泵、第三流量控制阀及第四流量控制阀；

与所述第一储热支路并列设有第二储热支路，所述第二储热支路包括依次连接的第五流量控制阀及第二油泵；

与所述第二储热支路并列设有第三储热支路，所述第三储热支路包括依次连接的第六流量控制阀、槽式光热集热器、第二温度控制器、储油罐及第七流量控制阀。

所述第二储热支路与所述第三储热支路之间设有第八流量控制阀；

所述第八流量控制阀的一端连接有热交换器，所述热交换器的一端连接有第三温度控制器；

所述热交换器的一端连接有闪蒸罐及螺杆压缩机；

所述热交换器的另一端连接有补充水及水泵。

可选的，所述第一温度控制器用于控制所述相变储热单元内的温度；

所述第二温度控制器用于控制所述槽式光热集热器内的温度；

所述第三温度控制器用于控制所述热交换器内的温度。

可选的，所述相变储热单元内设有相变材料。

可选的，所述第六流量控制阀根据光照强度实现阀门的开关；

所述第七流量控制阀根据所述储油罐内的液面高度实现阀门的开关。

可选的，所述闪蒸罐的一端与所述水泵连接。

与现有技术相比，本申请的有益效果为：

由上述技术方案可见，本申请提供的基于光储热和相变储热联合的储热系统中，一方面，在夜间用电低谷期，三相电加热器对相变储热单元内的相变材料进行电加热，将电能转化为热能并通过相变材料储存热能。设备工作时向相变储热单元中通入导热油，相变材料中储存的热量传递给导热油，其中导热油的油温通过第一温度控制器控制，同时打开第四流量控制阀、第五流量控制阀、第一流量控制阀及第二油泵，实现整个导热油的循环预热；另一方面，在白天光照条件较好时，逐渐关闭第八流量控制阀，同时逐渐打开第六流量控制阀，槽式光热集热器对导热油持续加热，此时油温由第二温度控制器控制，导热油流入储油罐中，逐步关闭第八流量控制阀，第七流量控制阀通过顺控逻辑与第八流量控制阀和导热油储罐液位联动，逐渐打开至全开位置，利用太阳能保持导热油的温度，实现太阳能光储热和相变储热的联合利用；当工业需求高温水蒸气时，使导热油流入热交换器中，导热油通过热交换器将热量传递给循环水，将循环水较热为过热水，过热水通过闪蒸罐闪蒸出过热水蒸气，最后通过螺杆压缩机压缩得到生产加工所需要的高温饱和水蒸气。

本申请耦合太阳能光储热和相变材料相变储热两种储热方式，利用夜间用电低峰的多余电量进行储热，在白天将热量输送给水，制成满足工艺要求的饱和水蒸气，实现能源的高效经济利用。

应当理解的是，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，并不能限制本申请。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的基于光储热和相变储热联合的储热系统的结构示意图。

其中：

1-三相电加热器，2-相变储热单元，3-第一温度控制器，4-第一流量控制阀，5-第二流量控制阀，6-第一油泵，7-第三流量控制阀，8-第四流量控制阀，9-第五流量控制阀，10-循环油泵，11-第六流量控制阀，12-槽式光热集热器，13-第二温度控制器，14-储油罐，15-第七流量控制阀，16-第三温度控制器，17-热交换器，18-第八流量控制阀，19-第二油泵，20-闪蒸罐，21-螺杆压缩机，22-补充水，23-水泵。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

请参考附图1，附图1为本发明实施例提供的基于光储热和相变储热联合的储热系统的结构示意图；下述具体实施例的描述均以附图1为基础。

如图1示出，本申请提供的基于光储热和相变储热联合的储热系统包括：

三相电加热器1、相变储热单元2、第一油泵6、第二油泵19、循环油泵10、槽式光热集热器12、储油罐14，其中：

所述三相电加热器1与所述相变储热单元2电连接，所述相变储热单元2上设有第一温度控制器3；在夜间用电低峰期时，利用三相电加热器1对相变储热单元2内的相变材料进行电加热，这样将电能转化为热能并通过相变材料储存热能。

所述相变储热单元2的两端连通有第一储热支路，第一储热支路的功能为实现相变储热，具体包括：

所述第一储热支路包括依次连接的第一流量控制阀4、第二流量控制阀5、第一油泵6、第三流量控制阀7及第四流量控制阀8；

所述相变储热单元2中通入导热油，相变材料中储存的热量传递给导热油，其中导热油的油温通过第一温度控制器3控制。

第一流量控制阀4受到第一温度控制器3的控制，根据相变储热单元2的温度调节第一流量控制阀4阀门的大小，当相变储热单元2温度越低时第一流量控制阀4控制导热油流向储热单元的流量越小。

与所述第一储热支路并列设有第二储热支路，所述第二储热支路包括依次连接的第五流量控制阀9及第二油泵19；为了实现导热油的循环预热，需同时打开第五流量控制阀9及第二油泵19。第一油泵6及第二油泵19由电源供电，使导热油循环于系统。

与所述第二储热支路并列设有第三储热支路，所述第三储热支路包括依次连接的第六流量控制阀11、槽式光热集热器12、第二温度控制器13、储油罐14及第七流量控制阀15。

第三储热支路的功能为实现太阳能光储热，利用导热油储存热能的前提为保持导热油的温度，因此在本申请实施例中利用第三储热支路可以利用太阳能向但热油提供热量并保持导热油的温度在工作范围内，具体包括：在白天光照好的条件下，第六流量控制阀11根据光照强度来开关阀门，光照条件充足时阀门打开，反之关闭，当满足条件时逐渐打开第六流量控制阀11，槽式光热集热器12对导热油持续加热，油温通过第二温度控制器13控制，导热油流入储油罐14，第七流量控制阀15根据储油罐14的液面高度来开关阀门，液面到达指定高度时，阀门打开，当满足条件时打开第七流量控制阀15，因此这样可以实现利用太阳能保持导热油的温度。

所述第二储热支路与所述第三储热支路之间设有第八流量控制阀18，在运行第三储热支路时，需要逐渐关闭第八流量控制阀18，在关闭第八流量控制阀18过程中，第七流量控制阀15通过顺控逻辑进行联动，逐渐打开至全开位置；当待第八流量控制阀18完全关闭第七流量控制阀15处于全开状态。

在本申请实施例中，为了满足工业上对高温水蒸气的需求，在所述第八流量控制阀18的一端连接有热交换器17，所述热交换器17的一端连接有第三温度控制器16；

所述热交换器17的一端连接有闪蒸罐20及螺杆压缩机21；

所述热交换器17的另一端连接有补充水22及水泵23。

具体操作为：逐渐关闭第五流量控制阀9及第二油泵19，同时打开循环油泵10及第八流量控制阀18，使导热油流入热交换器17中，进入热交换器17的油温通过第三温度控制器16控制，导热油通过热交换器17将热量传递给循环水，将循环水加热为过热水，过热水经过闪蒸罐20闪蒸出水蒸气，再经过螺杆压缩机21压缩得到生产加工所需要的高温水蒸气，闪蒸罐20剩余的循环水与补充水22混合，经过水泵23重新打入热交换器17中加热。

在本申请实施例中，储热系统的工作流程具体为：

在夜间，用电低谷期，三相电加热器1对相变储热单元2内的相变材料进行电加热，将电能转化为热能并通过相变材料储存热能；

向相变储热单元2换热器中通入导热油，相变材料中储存的热量传递给导热油，其中导热油的油温由第一温度控制器3控制，同时打开第四流量控制阀8、第五流量控制阀9、第一流量控制阀4以及第二油泵19，对整个导热油循环进行预热；

当工业上需求需要供给高温水蒸汽时，逐渐关闭第五流量控制阀9和第二油泵19，同时打开循环油泵10和第八流量控制阀18，使导热油流入热交换器17，进入热交换器的油温由第三温度控制器16控制。导热油通过热交换器17将热量传递给循环水，将循环水加热为过热水，经过闪蒸罐20闪蒸出过热水蒸气，再经过螺杆压缩机21压缩得到生产加工所需要的高温饱和水蒸气。闪蒸罐20剩余的循环水与补充水22混合，经水泵23重新打入热交换器17加热；

在光照条件较好的情况下，逐渐关闭第八流量控制阀18，同时逐渐打开第六流量控制阀11和第七流量控制阀15，槽式光热集热器12对导热油持续加热，油温由第二温度控制器13控制，导热油流入储油罐14，待第八流量控制阀18完全关闭后，逐步关闭第四流量控制阀8，将第一流量控制阀4逐步切换至第一油泵6所在的回路，并同步打开第二流量控制阀5和第三流量控制阀7，将相变储热单元逐步旁路，这样可以充分利用白天的太阳能保持导热油的温度在工作范围内，尽可能减少对相变储热单元的消耗，为利用导热油将热量输送给水蒸气，制备高温水蒸气提供条件。综上，本申请实施例中，在夜间，将用电低峰多余的电量转换为热量储存在相变材料中，相变材料将热量传递给导热油，在白天利用太阳能保持导热油的温度，然后将保温的导热油通入热交换器17中，通过加热、闪蒸及压缩处理后将循环水制备为高温水蒸气以满足工业需求。

在本申请实施例中，相变储热单元导热油温度都会逐渐降低，当温度低到第一温度控制器3的控制范围之外时，缓慢调节第四流量控制阀8、第一流量控制阀4，使得流入相变储热单元2的导热油减少，同时缓慢打开第二流量控制阀5、第三流量控制阀7及第一油泵6，实现相变储热单元低温条件下的旁路循环。

综上，本申请耦合太阳能光储热和相变材料相变储热两种储热方式，利用夜间用电低峰的多余电量进行储热，在白天将热量输送给水蒸气，实现能源的高效利用。

由于以上实施方式均是在其他方式之上引用结合进行说明，不同实施例之间均具有相同的部分，本说明书中各个实施例之间相同、相似的部分互相参见即可。在此不再详细阐述。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的公开后，将容易想到本申请的其他实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、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申请的一般性原理并包括本申请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，本申请的真正范围和精神由权利要求的内容指出。

以上所述的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。