带级联式相变蓄热结构的单罐蓄、放热装置及其使用方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及蓄热能源利用领域，尤其涉及带级联式相变蓄热结构的单罐蓄、放热
目.0
【背景技术】
[0002]随着全球环境的不断恶化，能源的合理高效利用被提到了前所未有的高度。为了减少污染气体排放，我国不仅减少了冬季燃煤取暖，与此同时，夜间低谷电及工业废热有效利用也受到广泛的关注。蓄热装置可以将夜间廉价的电能、或工业废热转换为高温热能储存起来，储存的热能可以被直接利用、用于建筑物供暖、也可以在用电高峰期将热能转换为电能使用。
[0003]目前较成熟的太阳能高温热利用蓄热方法为双罐显热蓄热，蓄热装置庞大，系统投资维护费用高，为了降低蓄热成本，申请人专利ZL201420138089.3公开了一种单罐电能蓄能装置，将电能以显热的形式存于单罐内，再借用浸没式换热器实现热能的释放，较双罐蓄热系统节约了成本，节省了空间。该专利利用显热蓄热，增加绝热隔板达到了较好的蓄能、释能效果，但单罐放热出口温度的稳定性差、废热得不到有效利用，热能利用效率较低。
【发明内容】
[0004]针对上述问题中存在的不足之处，本发明提供一种带级联式相变蓄热结构的单罐蓄、放热装置。
[0005]为实现上述目的，本发明提供一种带级联式相变蓄热结构的单罐蓄、放热装置，包括:蓄热罐体，级联式相变蓄热装置，放热盘管换热组件和加热器；
[0006]所述级联式相变蓄热装置布置在所述蓄热罐体内的上部；
[0007]所述蓄热罐体内自下而上设置所述放热盘管换热组件，所述放热盘管换热组件设有分别与能量利用装置的两端相连的入口和出口；
[0008]所述加热器布置在所述蓄热罐体内，且处于所述放热盘管换热组件的下方。
[0009]作为本发明的进一步改进，所述放热盘管换热组件包括多个呈上下位置关系的放热盘管换热器，所述放热盘管换热器呈单螺旋结构或双螺旋结构，且分别设置在所述级联式相变蓄热装置的内部和外部，相邻两个所述放热盘管换热器之间连通，最上部的所述放热盘管换热器的出口、最下部的所述放热盘管换热器的入口分别与能量利用装置的两端相连。
[0010]作为本发明的进一步改进，所述级联式相变蓄热装置内设有多个独立、上下排布的相变蓄热单元，每一个所述相变蓄热单元内均布置有一个放热盘管换热器，每一个所述相变蓄热单元上均设有放热介质入口和放热介质出口 ；所有所述相变蓄热单元中心布置有排气孔。
[0011]作为本发明的进一步改进，每一个所述相变蓄热单元内均填充有一定熔点的相变蓄热介质。
[0012]作为本发明的进一步改进，所述相变蓄热单元内相变蓄热介质的熔点从下至上依次增大。
[0013]作为本发明的进一步改进，所述蓄热罐体内填充有蓄热介质。
[0014]作为本发明的进一步改进，所述放热盘管换热组件管内、管外部设有翅片。
[0015]作为本发明的进一步改进，所述能量利用装置选用热电转换装置、供暖装置或供热水装置中的一种。
[0016]作为本发明的进一步改进，所述加热器与供热设备相连，所述加热器选用电加热器或工业余热加热器中的一种。
[0017]作为本发明的进一步改进，本发明还公开了一种带级联式相变蓄热结构的单罐蓄、放热装置的使用方法，包括蓄热过程和放热过程；
[0018]蓄热过程:所述加热器的热量被蓄热罐体内的蓄热介质吸收后，蓄热介质温度升高，升温后的蓄热介质将热量向上依次传递给多个相变蓄热单元内部的相变蓄热介质；相变蓄热单元内部的相变蓄热介质自下而上依次融化，相变潜热被储存起来，直至整个蓄热罐体内的蓄热介质变为相同的高温液态；
[0019]放热过程:放热介质通过放热介质入口进入所述蓄热罐体内部的放热盘管换热组件，吸热后的放热介质从蓄热罐体依次进入上下排布的相变蓄热单元，并从最上部放热介质出口流出，完成放热过程；
[0020]放热过程中，蓄热罐体内蓄热介质温度首先降低，之后多个相变蓄热单元的蓄热温度从下至上依次降低，当所有相变蓄热单元发生相变成为固态时，整个蓄热装置放热结束。
[0021]与现有技术相比，本发明的有益效果为:
[0022]本发明公开的一种带级联式相变蓄热结构的单罐蓄、放热装置，增加了级联式相变蓄热装置，不仅实现显热和潜热的储存，更增强了蓄热罐出口温度的稳定性;利用夜间廉价的低谷电能对蓄热罐体内蓄热介质加热，实现蓄热;罐内顶部的级联式相变蓄热装置延长了蓄热装置放热稳定时间；
[0023]本发明的级联式相变蓄热装置内设有多个相变蓄热单元，并在填充不同熔点的相变蓄热介质，满足能量利用装置的温度需求。
【附图说明】
[0024]图1为本发明实施例1公开的带级联式相变蓄热结构的单罐蓄、放热装置的结构图；
[0025]图2为本发明实施例2公开的带级联式相变蓄热结构的单罐蓄、放热装置的结构图；
[0026]图3为本发明实施例3公开的带级联式相变蓄热结构的单罐蓄、放热装置的结构图；
[0027]图4为本发明实施例4公开的带级联式相变蓄热结构的单罐蓄、放热装置的结构图；
[0028]图5为本发明实施例5公开的带级联式相变蓄热结构的单罐蓄、放热装置的结构图；
[0029]图6为本发明实施例6公开的带级联式相变蓄热结构的单罐蓄、放热装置的结构图。
[0030]图中:1、蓄热罐体;2、排气孔;3、第四放热介质出口；4、第四放热介质入口；5、第三放热介质出口；6、第三放热介质入口；7、第二放热介质出口；8、第二放热介质入口 ；9、放热盘管换热组件;9-1、第一放热盘管换热器;9-2、第二放热盘管换热器;9-3、第三放热盘管换热器;9-4、第四放热盘管换热器；10、能量利用装置；11、第一放热介质出口； 12第一放热介质入口；13、供热设备；14、供热设备入口；15、加热器；16、级联式相变蓄热装置；16-1、第一相变蓄热单元;16-2、第二相变蓄热单元;16-3、第三相变蓄热单元;17、供热设备出口。
【具体实施方式】
[0031]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0032]本发明提供一种带级联式相变蓄热结构的单罐蓄、放热装置，包括:蓄热罐体，级联式相变蓄热装置，放热盘管换热组件和加热器;级联式相变蓄热装置布置在蓄热罐体内的上部;蓄热罐体内自下而上设置放热盘管换热组件，放热盘管换热组件设有分别与能量利用装置的两端相连的入口和出口；加热器布置在蓄热罐体内，且处于放热盘管换热组件的下方。放热盘管换热组件包括多个呈上下位置关系的放热盘管换热器，放热盘管换热器呈单螺旋结构或双螺旋结构，且分别设置在级联式相变蓄热装置的内部和外部，相邻两个放热盘管换热器之间连通，最上部的放热盘管换热器的出口、最下部的放热盘管换热器的入口分别与能量利用装置的两端相连。级联式相变蓄热装置内设有多个独立、上下排布的相变蓄热单元，每一个相变蓄热单元内均布置有一个放热盘管换热器，每一个相变蓄热单元外均设有放热介质入口和放热介质出口；所有相变蓄热单元中心布置有排气孔;每一个相变蓄热单元内均填充有一定熔点的相变蓄热介质，相变蓄热单元内相变蓄热介质的熔点从下至上依次增大，蓄热罐体内填充有蓄热介质。本发明利用级联式相变蓄热装置内相变蓄热介质的相变潜热，延长释热温度的稳定时间；本发明可以实现显热和潜热蓄热，增强了蓄热罐出口温度的稳定性，提高热能利用效率;级联式相变蓄热装置内设有多个相变蓄热单元，并在填充不同熔点的相变蓄热介质，满足能量利用装置的温度需求。
[0033]下面结合附图对本发明做进一步的详细描述:
[0034]实施例1:如图1所示，本发明提供一种带级联式相变蓄热结构的单罐蓄、放热装置，包括:蓄热罐体I，级联式相变蓄热装置16，放热盘管换热组件9和加热器15;
[0035]蓄热罐体I内填充有蓄热介质；
[0036]级联式相变蓄热装置16布置在蓄热罐体I内的上部;相变蓄热装置16内从下至上依次设有第一相变蓄热单元16-1、第二相变蓄热单元16-2和第三相变蓄热单元16-3，第一相变蓄热单元16-1、第二相变蓄热单元16-2和第三相变蓄热单元16-3内均填充有相变蓄能介质;第一相变蓄热单元16-1内相变蓄能介质的熔点小于第二相变蓄热单元16-2内相变蓄能介质的熔点，第二相变蓄热单元16-2内相变蓄能介质的熔点小于第三相变蓄热单元16-3内相变蓄能介质的熔点；第一相变蓄热单元16-1、第二相变蓄热单元16-2和第三相变蓄热单元16-3的中心布置有排气孔2。其中，第一相变蓄热单元16-1上设有第二放热介质入口 8和第二放热介质出口 7，第二相变蓄热单元16-2上设有第三放热介质入口 6和第三放热介质出口 5，第三相变蓄热单元16-3上设有第四放热介质入口 4和第四放热介质出口 3。
[0037]蓄热罐体I上设有第一放热介质入口12和第一放热介质出口 11，放热盘管换热组件9包括第一放热盘管换热器9-1、第二放热盘管换热器9-2、第三放热盘管换热器9-3和第四放热盘管换热器9-4;所有放热盘管换热器呈