本發(fā)明涉及儲(chǔ)熱設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種高效熱能梯級(jí)儲(chǔ)存裝置。

背景技術(shù)：

我國工業(yè)余熱資源豐富，主要包括高溫廢氣余熱、冷卻介質(zhì)余熱、廢汽廢水余熱和高溫產(chǎn)品等，余熱資源約占其燃料消耗總量的17％～67％，其中可回收率達(dá)60％，余熱利用率提升空間大，節(jié)能潛力巨大。當(dāng)前余熱資源的特點(diǎn)是:由于工藝生產(chǎn)過程中存在周期性、間斷性或生產(chǎn)波動(dòng)，導(dǎo)致余熱量不穩(wěn)定。余熱利用裝置受場地、生產(chǎn)狀況等固有條件限制，因此工業(yè)余熱資源利用系統(tǒng)或設(shè)備運(yùn)行環(huán)境相對(duì)惡劣，要求設(shè)備具有適用能力強(qiáng)且穩(wěn)定運(yùn)行的特性，能適應(yīng)多變的生產(chǎn)工藝要求，設(shè)備部件可靠性高，初期投入成本高，從經(jīng)濟(jì)性出發(fā)，需要結(jié)合工藝生產(chǎn)進(jìn)行系統(tǒng)整體的設(shè)計(jì)布置，綜合利用能量，以提高余熱利用系統(tǒng)設(shè)備的效率。目前一些工業(yè)企業(yè)不在熱力企業(yè)的管網(wǎng)覆蓋范圍內(nèi)，通常采用自建燃煤、燃油以及燃?xì)忮仩t，這些鍋爐的運(yùn)行效率低和排放的污染物多，對(duì)環(huán)境的影響較大，也有部分企業(yè)采用清潔的電鍋爐供熱，但供熱成本又較高。因此，采用移動(dòng)蓄熱的供熱方式進(jìn)行余熱回收，然后提供給工業(yè)用戶，是解決工業(yè)用戶用熱困境的有效途徑之一。

目前出現(xiàn)的蓄熱裝置在一定程度上可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)余熱的回收利用，但是其換熱、儲(chǔ)熱、供熱方式單一，當(dāng)熱源為潔凈熱流體時(shí)，蓄熱裝置并不能充分利用潔凈熱流體，造成資源的浪費(fèi)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種高效熱能梯級(jí)儲(chǔ)存裝置，解決目前蓄熱裝置在實(shí)現(xiàn)工業(yè)余熱回收利用時(shí)不能充分利用潔凈熱流體熱源的技術(shù)問題。

本發(fā)明提供一種高效熱能梯級(jí)儲(chǔ)存裝置，包括儲(chǔ)熱罐和換熱管，儲(chǔ)熱罐內(nèi)設(shè)置有兩塊隔熱板將儲(chǔ)熱罐分隔成高溫腔、中溫腔和低溫腔，高溫腔內(nèi)填充有高溫相變儲(chǔ)能材料，中溫腔內(nèi)填充有中溫相變儲(chǔ)能材料，換熱管依次穿過高溫腔和中溫腔，換熱管的一端從高溫腔穿出經(jīng)進(jìn)出閥連接外接口，換熱管的一端設(shè)置有壓力表、溫度表和流量表，換熱管的另一端從中溫腔穿出后分為兩條管路，一條管路依次經(jīng)進(jìn)口閥、進(jìn)口單向閥連接低溫腔，另一條管路依次經(jīng)出口閥、出口單向閥連接低溫腔，儲(chǔ)熱罐于高溫腔、中溫腔和低溫腔的位置均設(shè)置有排空閥、換液閥和人孔。

進(jìn)一步的，儲(chǔ)熱罐于低溫腔的位置設(shè)置有注液閥。

進(jìn)一步的，換熱管在高溫腔和中溫腔的部分呈蛇形分布。

進(jìn)一步的，儲(chǔ)熱罐外包裹有保溫層。

進(jìn)一步的，高溫相變儲(chǔ)能材料為由糖醇類有機(jī)物與泡沫銅制成的復(fù)合材料，中溫相變儲(chǔ)能材料為由有機(jī)酸與泡沫銅制成的復(fù)合材料。

進(jìn)一步的，儲(chǔ)熱罐由鋼材料制成。

進(jìn)一步的，進(jìn)口閥和出口閥均位于儲(chǔ)熱罐的外部。

進(jìn)一步的，高效熱能梯級(jí)儲(chǔ)存裝置還包括控制箱，控制箱分別信號(hào)連接壓力表、溫度表、流量表、進(jìn)出閥、進(jìn)口閥和出口閥。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的高效熱能梯級(jí)儲(chǔ)存裝置具有以下特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)：

1、本發(fā)明的高效熱能梯級(jí)儲(chǔ)存裝置，結(jié)構(gòu)簡單，便于操作，成本投入較低，充放熱熱量利用率較高，充放熱時(shí)間較短；

2、本發(fā)明的高效熱能梯級(jí)儲(chǔ)存裝置，在充熱時(shí)，潔凈熱流體通過換熱管依次經(jīng)過高溫腔和中溫腔進(jìn)行熱量存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)不能溫度梯級(jí)余熱的回收，潔凈熱流體溫度降低并進(jìn)入低溫腔直接存儲(chǔ)，也可單獨(dú)向低溫腔內(nèi)注入潔凈流體，在放熱時(shí)，低溫腔內(nèi)的潔凈流體再通過換熱管依次經(jīng)過中溫腔和高溫腔，實(shí)現(xiàn)對(duì)潔凈流體的梯級(jí)加熱，潔凈流體被加熱后提供給用戶且可提供不同溫度的潔凈流體，從而充分利用潔凈熱流體熱源。

結(jié)合附圖閱讀本發(fā)明的具體實(shí)施方式后，本發(fā)明的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例中高效熱能梯級(jí)儲(chǔ)存裝置的剖視圖；

其中，1、儲(chǔ)熱罐，11、低溫腔，12、中溫腔，13、高溫腔，2、隔熱板，3、人孔，4、換熱管，51、進(jìn)出閥，52、排空閥，53、換液閥，54、進(jìn)口閥，55、出口閥，56、進(jìn)口單向閥，57、出口單向閥，58、注液閥，61、壓力表，62、溫度表，63、流量表，7、控制箱。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本實(shí)施例提供一種高效熱能梯級(jí)儲(chǔ)存裝置，儲(chǔ)熱罐1采用優(yōu)質(zhì)q235b碳鋼/q245r、345r錳鋼/s30408、s31608不銹鋼等材料制成，為圓柱體、橢球體、長方體或其它不規(guī)則形狀。儲(chǔ)熱罐1外包裹有保溫層，以對(duì)儲(chǔ)熱罐1進(jìn)行良好保溫。儲(chǔ)熱罐1內(nèi)設(shè)置有兩塊隔熱板2以將儲(chǔ)熱罐1分隔成高溫腔13、中溫腔12和低溫腔11，高溫腔13、中溫腔12和低溫腔11均為獨(dú)立的空間，三者之間通過隔熱板2實(shí)現(xiàn)熱隔離。高溫腔13內(nèi)填充有高溫相變儲(chǔ)能材料，中溫腔12內(nèi)填充有中溫相變儲(chǔ)能材料，高溫相變儲(chǔ)能材料為由糖醇類有機(jī)物與泡沫銅制成的復(fù)合材料，相變溫度約為205℃，相變潛熱約為250kj/kg，導(dǎo)熱系數(shù)約為1.5w/(m﹒k)，中溫相變儲(chǔ)能材料為由有機(jī)酸與泡沫銅制成的復(fù)合材料，相變溫度約為135℃，相變潛熱約為210kj/kg，導(dǎo)熱系數(shù)約為2.5w/(m﹒k)。本實(shí)施例中的潔凈熱流體以高溫?zé)崴疄槔Q熱管4依次穿過高溫腔13和中溫腔12，換熱管4在高溫腔13和中溫腔12的部分呈蛇形分布，以使換熱管4中的熱水熱量充分地傳遞至高溫腔13和中溫腔12中。充熱時(shí)，熱水依次經(jīng)過高溫腔13和中溫腔12的過程中，先在高溫腔13進(jìn)行熱水與高溫相變儲(chǔ)能材料的熱傳遞，再在中溫腔12進(jìn)行熱水與中溫相變儲(chǔ)能材料的熱傳遞，實(shí)現(xiàn)梯級(jí)蓄熱；放熱時(shí)，低溫水依次經(jīng)過中溫腔12和高溫腔13的過程中，先在中溫腔12進(jìn)行中溫相變儲(chǔ)能材料與熱水的熱傳遞，再在高溫腔13進(jìn)行高溫相變儲(chǔ)能材料與熱水的熱傳遞，實(shí)現(xiàn)梯級(jí)加熱。本實(shí)施的高效熱能梯級(jí)儲(chǔ)存裝置，充放熱熱量利用率較高，充放熱時(shí)間較短。

換熱管4的一端從高溫腔13穿出經(jīng)進(jìn)出閥51連接外接口，外接口包括熱源接口或用戶接口。換熱管4的一端設(shè)置有壓力表61、溫度表62和流量表63，通過壓力表61實(shí)時(shí)監(jiān)測換熱管4內(nèi)熱水的壓力值，通過溫度表62監(jiān)測換熱管4內(nèi)熱水的溫度，通過流量表63監(jiān)測換熱管4內(nèi)的流量，根據(jù)熱水的壓力值、溫度和流量，以此來控制進(jìn)出閥51的開度，從而在放熱時(shí)控制換熱管4流出不同溫度的熱水以供用戶使用。換熱管4的另一端從中溫腔12穿出后分為兩條管路，一條管路經(jīng)進(jìn)口閥54、進(jìn)口單向閥56連接低溫腔11，另一條管路經(jīng)出口閥55、出口單向閥57連接低溫腔11。

在充熱時(shí)，開啟進(jìn)出閥51和進(jìn)口閥54，高溫潔凈熱水經(jīng)換熱管4依次經(jīng)過高溫腔13和中溫腔12，實(shí)現(xiàn)梯級(jí)蓄熱，并經(jīng)進(jìn)口閥54、進(jìn)口單向閥56進(jìn)入低溫腔11，在充熱的絕大多數(shù)時(shí)間內(nèi)進(jìn)口單向閥56進(jìn)液側(cè)的壓力大于出液側(cè)壓力，高溫潔凈熱水持續(xù)進(jìn)入低溫腔11，但隨著低溫腔11內(nèi)的潔凈熱水(相對(duì)于高溫腔13和中溫腔12中的熱水，其溫度較低)的蓄積，低溫腔11內(nèi)的壓力會(huì)發(fā)生瞬時(shí)突增，進(jìn)口單向閥56可以確保在低溫腔11內(nèi)的壓力發(fā)生瞬時(shí)突增時(shí)，低溫腔11內(nèi)的潔凈熱水不會(huì)倒流。在放熱時(shí)，開啟進(jìn)出閥51和出口閥55，低溫腔11中的較低溫度的潔凈熱水經(jīng)出口單向閥57和出口閥55并依次經(jīng)過中溫腔12和高溫腔13，實(shí)現(xiàn)梯級(jí)加熱，再經(jīng)過進(jìn)出閥51進(jìn)入用戶管路以供用戶使用。在放熱的絕大多數(shù)時(shí)間內(nèi)出口單向閥57進(jìn)液側(cè)的壓力大于出液側(cè)壓力，較低溫度的潔凈熱水持續(xù)經(jīng)過中溫腔12和高溫腔13，但中溫腔12和高溫腔13的放熱會(huì)發(fā)生瞬時(shí)突增，造成在中溫腔12和高溫腔13區(qū)域的換熱管4內(nèi)壓力瞬時(shí)突增，出口單向閥57確保在中溫腔12和高溫腔13區(qū)域的換熱管4內(nèi)的壓力發(fā)生瞬時(shí)突增時(shí)，換熱管4內(nèi)的潔凈熱水不會(huì)倒流至低溫腔11中。

儲(chǔ)熱罐1于高溫腔13、中溫腔12和低溫腔11的位置均設(shè)置有排空閥52、換液閥53和人孔3，在高溫腔13、中溫腔12和低溫腔11內(nèi)空氣壓力較大時(shí)，排空閥52開啟泄壓，在需要更換高溫腔13內(nèi)的高溫相變儲(chǔ)能材料、中溫腔12內(nèi)的中溫相變儲(chǔ)能材料和低溫腔11中的水時(shí)，開啟換液閥53進(jìn)行更換，在檢修時(shí)，維修人員通過人孔3進(jìn)入高溫腔13、中溫腔12和低溫腔11進(jìn)行檢修作業(yè)。

本實(shí)施例中的高效熱能梯級(jí)儲(chǔ)存裝置，其儲(chǔ)熱罐1于低溫腔11的上方設(shè)置有注液閥58，開啟注液閥58，外部的冷水進(jìn)入到低溫腔11中，根據(jù)高溫腔13、中溫腔12儲(chǔ)熱量和用戶對(duì)熱水的溫度要求，適當(dāng)?shù)卦黾拥蜏厍?1中的水量以供用戶使用。本實(shí)施例中的高效熱能梯級(jí)儲(chǔ)存裝置，進(jìn)口閥54和出口閥55可以設(shè)置于儲(chǔ)熱罐1的外部，以方便操作人員手動(dòng)控制開關(guān)。

本實(shí)施例的高效熱能梯級(jí)儲(chǔ)存裝置，還可以實(shí)現(xiàn)充熱、放熱的自動(dòng)控制，具體的，控制箱7分別經(jīng)信號(hào)電纜信號(hào)連接壓力表61、溫度表62、流量表63、進(jìn)出閥51、進(jìn)口閥54和出口閥55。充熱時(shí)，將換熱管4的一端連接熱源接口，控制箱7控制進(jìn)出閥51和進(jìn)口閥54開啟，高溫?zé)崴来谓?jīng)高溫腔13、中溫腔12進(jìn)入低溫腔11，并通過壓力表61、溫度表62、流量表63實(shí)時(shí)監(jiān)測換熱管4的壓力、溫度和流量。放熱時(shí)，將換熱管4的一端連接用戶接口，控制箱7控制進(jìn)出閥51和出口閥55開啟，低溫腔11中的低溫水依次經(jīng)中溫腔12、高溫腔13被加熱，控制箱7根據(jù)壓力表61、溫度表62和流量表63的監(jiān)測數(shù)據(jù)控制進(jìn)出閥51的開度，從而使換熱管4流出不同溫度的熱水以供用戶使用。

當(dāng)然，上述說明并非是對(duì)本發(fā)明的限制，本發(fā)明也并不僅限于上述舉例，本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換，也應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。