[發明專利]一種梯級儲熱系統充熱方法和裝置

有效

• 申請號: 201611102095.3
• 申請日: 2016-12-02
• 公開（公告）號: CN106595362B
• 公開（公告）日: 2019-01-04
• 發明（設計）人: 李帥華;趙波;楊岑玉;徐桂芝;金翼;宋鵬翔;胡曉;蔣招梧;孟曉剛;朱毅;王樂;宋潔;李志遠;梁立曉;梁丹曦
• 申請（專利權）人: 全球能源互聯網研究院有限公司;國家電網公司;國網山東省電力公司經濟技術研究院
• 主分類號: F28D20/00
• 分類號: F28D20/00;F28F27/00
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 馬永芬

本發明提供了一種梯級儲熱系統充熱方法和裝置，方法包括：獲取第一儲熱裝置的充熱狀態；判斷第一儲熱裝置是否完成充熱；若第一儲熱裝置完成充熱，則控制第一儲熱裝置對應的旁路通道打開將第一儲熱裝置旁路；獲取第二儲熱裝置的充熱狀態；判斷第二儲熱裝置是否完成充熱；若第二儲熱裝置未完成充熱，則將加熱器的出口溫度調節至與第二儲熱裝置對應的第一預設溫度閾值。該方案通過實時獲取不同儲熱裝置的充熱狀態，將最先完成充熱的儲熱裝置旁路，并對未完成充熱的儲熱裝置的上一級的出口溫度進行調節，以使未完成充熱的儲熱裝置進口溫度在對應的預設溫度閾值內，不僅提高了梯級儲熱系統的能量利用率，而且延長了儲熱裝置的使用壽命。

技術領域

本發明涉及能量控制領域，具體涉及一種梯級儲熱系統充熱方法和裝置。

背景技術

相變材料(PCM-Phase Change Material)是指隨溫度變化而改變物質狀態并能提供潛熱的物質。轉變物理性質的過程稱為相變過程，這時相變材料將吸收或釋放大量的潛熱。這種材料一旦在人類生活被廣泛應用，將成為節能環保的最佳綠色環保載體，在我國已經列為國家級研發利用序列。隨著能源、環境等問題的日益加劇，相變儲熱技術也將在各個領域不斷的發展。

在相變儲熱過程中，涉及到復雜的固液兩相流、非平衡相變傳熱和傳質的問題，同時相變材料和換熱工質的工作特性也在動態變化，控制策略需要保證熱量能有序存儲。為了提高能量利用率，梯級相變儲熱是將加熱器提供的能量按照“梯級利用”的原則進行能量存儲的，比如，按照儲熱裝置中相變材料的相變溫度的不同，可以將儲熱裝置分為高、中、低三種儲熱裝置，放熱流體從高到低依次流經三種儲熱裝置，在相變材料的儲熱過程中，放熱流體的溫度沿流動方向在減少，而相變材料的相變溫度也在逐漸降低。梯級相變儲熱系統使放熱流體與相變材料之間的傳熱溫差盡可能保持不變，因此能保持較恒定的熱流使相變材料吸熱熔化，整體上提高了材料的吸熱速率。而在相變材料的放熱過程，吸熱流體逆流進入梯級相變儲熱裝置，吸熱流體持續吸熱而使其溫度在不斷升高，而相變材料的熔點溫度也階梯升高，這使相變蓄熱材料與吸熱流體之間的傳熱溫差也盡可能保持不變，因此也能保持恒定的熱流使材料放熱凝固，整體上也提高了材料的放熱速率。因此梯級儲熱的思想將得到更為廣泛的應用。

但是，在實際應用中，無論是儲熱裝置是否為相儲熱裝置，梯級儲熱系統的各個級儲熱裝置往往不能如愿的同時完成充熱過程，由于各種環境與器件等的原因，總是出現某一級儲熱裝置已經充滿，其他的儲熱裝置還未充滿的現象，而對于已經充滿的儲熱裝置來說如果還是保持原有加熱熱量不改變的話，就會有很大一部分能量被浪費，造成梯級儲熱系統的能量利用率很低，另外，不同級別的儲熱裝置由于儲熱溫度不同，為了節約成本，在生產時往往使用不同的材料，不同的材料對于溫度的承受能力是不同的，因此一旦出現較高溫儲熱裝置先充滿，加熱溫度不變的話會對較低溫度儲熱裝置造成損害，縮短了儲熱裝置的使用壽命，上述缺陷都阻礙了梯級儲熱系統的發展。

因此，如何提高梯級儲熱系統的能量利用率、延長儲熱裝置的使用壽命，成為一個亟待解決的技術問題。

發明內容

因此，本發明要解決的技術問題在于現有技術中梯級儲熱系統的能量利用率較低、儲熱裝置使用壽命短。從而提供一種梯級儲熱系統充熱方法和裝置。

有鑒于此，本發明實施例的第一方面提供了一種梯級儲熱系統充熱方法，所述梯級儲熱系統至少包括加熱器、和與所述加熱器依次連接的第一儲熱裝置和第二儲熱裝置，所述第一儲熱裝置的儲熱溫度大于所述第二儲熱裝置的儲熱溫度，每個所述儲熱裝置分別并聯設置有旁路通道，用于將充熱熱能從儲熱裝置斷開，所述方法包括：獲取所述第一儲熱裝置的充熱狀態；判斷所述第一儲熱裝置是否完成充熱；若所述第一儲熱裝置完成充熱，則控制所述第一儲熱裝置對應的旁路通道打開將所述第一儲熱裝置旁路；獲取所述第二儲熱裝置的充熱狀態；判斷所述第二儲熱裝置是否完成充熱；若所述第二儲熱裝置未完成充熱，則將所述加熱器的出口溫度調節至與所述第二儲熱裝置對應的第一預設溫度閾值。