[發明專利]一種可調節的梯級相變儲熱裝置及控制方法

在審

• 申請號: 202010065570.4
• 申請日: 2020-01-20
• 公開（公告）號: CN111238281A
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發明（設計）人: 呂石磊;許勃文;賈維
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: F28D20/02
• 分類號: F28D20/02
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李素蘭

1.一種可調節的梯級相變儲熱裝置，包括內殼體和間隔套在內殼體外的外殼體，在所述的內殼體和外殼體之間填充有保溫隔熱材料，在所述的外殼體頂壁上蓋有上蓋板，其特征在于：在所述的內殼體中沿豎直方向左右間隔固定有兩塊隔板將所述的內殼體分隔為彼此獨立的第一腔室、第二腔室和第三腔室，在所述的第一腔室內填充有第一級相變材料形成第一級儲熱單元，在所述的第二腔室內填充有第二級相變材料形成第二級儲熱單元，在所述的第三腔室內填充有第三級相變材料形成第三級儲熱單元，在所述的第一級相變材料、第二級相變材料和第三級相變材料中分別設置有第一級換熱盤管、第二級換熱盤管和第三級換熱盤管，在所述的第一級換熱盤管、第二級換熱盤管和第三級換熱盤管的進出口端均連接有閥門且均設置在上蓋板外部，所述的第一級換熱盤管、第二級換熱盤管和第三級換熱盤管的進出口端均與一根主干管連通，在第一級相變材料、第二級相變材料、第三級相變材料內部分別均勻布置有多個溫度傳感器，在所述的主干管上安裝有多個溫度傳感器，主干管處溫度傳感器分別布置在第一級換熱盤管、第二級換熱盤管和第三級換熱盤管的進出口端，用于測試各儲熱單元入口溫度，所述的第一級換熱盤管的進口端和出口端位置處的閥門分別為第一閥門和第三閥門，所述的第二級換熱盤管的進口端和出口端位置處的閥門分別為第四閥門和第六閥門，所述的第三級換熱盤管的進口端和出口端位置處的閥門分別為第七閥門和第九閥門，在所述的第一級換熱盤管的進口端和出口端分別與主干管的連接處之間的主干管上安裝有第二閥門，在所述的第二級換熱盤管的進口端和出口端分別與主干管的連接處之間的主干管上安裝有第五閥門，在所述的第三級換熱盤管的進口端和出口端分別與主干管的連接處之間的主干管上安裝有第八閥門；

各級儲熱單元內部填充相變材料的相變溫度關系，第一級相變材料的相變溫度第二級相變材料的相變溫度第三級相變材料的相變溫度。

2.一種可調節梯級相變儲熱裝置控制方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟S203：蓄熱模式下，高溫傳熱流體沿相變溫度逐級降低的方向流動，執行步驟S204；放熱模式下，低溫傳熱流體沿相變溫度逐級升高的方向流動，執行步驟S214；

步驟S204：通過各級儲熱單元中的溫度傳感器以及主干管上安裝的多個溫度傳感器分別獲取蓄熱過程中各級儲熱單元的入口溫度和內部溫度，對于各個儲熱單元中的溫度傳感器的溫度值取算數平均值作為各級儲熱單元的內部溫度，執行步驟S205；

步驟S205：判斷第一級儲熱單元入口溫度是否高于第一級儲熱單元內部溫度；若高于第一級儲熱單元內部溫度，則執行步驟S207；否則執行步驟S206；

步驟S206：關閉第一閥門、第三閥門,打開第二閥門，旁通第一級儲熱單元，傳熱介質直接通過第二閥門，并執行步驟S208；

步驟S207：打開第一閥門、第三閥門,關閉第二閥門，斷開第一級儲熱單元所對應的旁通管路，傳熱介質進入第一級換熱盤管換熱，并執行步驟S208；

步驟S208：判斷第二級儲熱單元入口溫度是否高于第二級儲熱單元內部溫度；若高于第二級儲熱單元內部溫度，則執行步驟S210；否則執行步驟S209；

步驟S209：關閉第四閥門、第六閥門,打開第五閥門，旁通第二級儲熱單元，傳熱介質直接通過第五閥門，并執行步驟S211；

步驟S210：打開第四閥門、第六閥門,關閉第五閥門，斷開第二級儲熱單元所對應的旁通管路，傳熱介質進入第二級換熱盤管換熱，并執行步驟S211；

步驟S211：判斷第三級儲熱單元入口溫度是否高于第三級儲熱單元內部溫度；若高于第三級儲熱單元內部溫度，則執行步驟S213；否則執行步驟S212；

步驟S212：關閉第七閥門、第九閥門,打開第八閥門，旁通第三級儲熱單元，傳熱介質通過第八閥門直接流出梯級相變儲熱裝置；

步驟S213：打開第七閥門、第九閥門,關閉第八閥門，斷開第三級儲熱單元所對應的旁通管路，傳熱介質進入第三級換熱盤管換熱，之后流出梯級相變儲熱裝置；

步驟S214：通過各級儲熱單元中的溫度傳感器以及主干管上安裝的多個溫度傳感器分別獲取放熱過程中各級儲熱單元的入口溫度和內部溫度，對于各個儲熱單元中的溫度傳感器的溫度值取算數平均值作為各級儲熱單元的內部溫度，執行步驟S215；

步驟S215：判斷第三級儲熱單元入口溫度是否低于第三級儲熱單元內部溫度；若低于第三級儲熱單元內部溫度，則執行步驟S217；否則執行步驟S216；

步驟S216：關閉第七閥門、第九閥門,打開第八閥門，旁通第三級儲熱單元，傳熱介質直接通過第八閥門，并執行步驟S218；

步驟S217：打開第七閥門、第九閥門,關閉第八閥門，斷開第三級儲熱單元所對應的旁通管路，傳熱介質進入第三級換熱盤管換熱，并執行步驟S218；

步驟S218：判斷第二級儲熱單元入口溫度是否低于第二級儲熱單元內部溫度；若低于第二級儲熱單元內部溫度，則執行步驟S220；否則執行步驟S219；

步驟S219：關閉第四閥門、第六閥門,打開第五閥門，旁通第二級儲熱單元，傳熱介質直接通過第五閥門，并執行步驟S221；

步驟S220：打開第四閥門、第六閥門,關閉第五閥門，斷開第二級儲熱單元所對應的旁通管路，傳熱介質進入第二級換熱盤管換熱，并執行步驟S221；

步驟S221：判斷第一級儲熱單元入口溫度是否低于第一級儲熱單元內部溫度；若高于第一級儲熱單元內部溫度，則執行步驟S223；否則執行步驟S222；

步驟S222：關閉第一閥門、第三閥門,打開第二閥門，旁通第一級儲熱單元，傳熱介質直接通過第二閥門流出梯級相變儲熱裝置；

步驟S223：打開第一閥門、第三閥門,關閉第二閥門，斷開第一級儲熱單元所對應的旁通管路，傳熱介質進入第一級換熱盤管換熱，之后流出梯級相變儲熱裝置。