一种基于相变储能技术的梯级蓄热控温系统及控温方法转让专利
申请号 : CN202010357779.8
文献号 : CN113566632B
文献日 : 2023-02-24
发明人 : 孙东 , 齐光峰 , 张强 , 刘向东 , 宋鑫 , 王强 , 范路 , 季学松 , 郑炜博 , 刘聪
申请人 : 中国石油化工股份有限公司 , 中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司技术检测中心 , 胜利油田检测评价研究有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种基于相变储能技术的梯级蓄热控温系统,其特征在于,包括高温热源,所述高温热源通过废热管经蒸发器流出,所述蒸发器的进口和出口通过换热循环管连接,所述换热循环管上依次连接压缩机、梯级蓄热装置和储液罐;
还包括太阳能集热器,所述太阳能集热器的进口和出口通过集热循环管连接,所述集热循环管上连接所述梯级蓄热装置;
还包括常温水源,所述常温水源通过供热循环管经所述梯级蓄热装置和待加热设备流出;
还包括控温系统,所述控温系统包括控制器、设置在所述供热循环管上且位于所述梯级蓄热装置和所述待加热设备之间的温控球阀和温度传感器,所述温控球阀和温度传感器分别通过导线与所述控制器电连接,所述温度传感器位于所述温控球阀和待加热设备之间;
所述废热管、集热循环管和供热循环管的进口处均设置有电动阀和循环水泵;
所述换热循环管上且位于所述蒸发器和储液罐之间设置有膨胀阀和过滤器。
2.根据权利要求1所述的基于相变储能技术的梯级蓄热控温系统,其特征在于,所述梯级蓄热装置包括通过管路依次连接的高温蓄热体、中温蓄热体和低温蓄热体,所述高温蓄热体分别与所述蒸发器的出口和所述太阳能集热器的出口连接,所述低温蓄热体分别与所述蒸发器的进口和所述太阳能集热器的进口连接。
3.根据权利要求2所述的基于相变储能技术的梯级蓄热控温系统,其特征在于,所述高温蓄热体采用相变温度为70℃‑90℃的相变材料,所述中温蓄热体采用相变温度为40℃‑60℃的相变材料,所述低温蓄热体采用相变温度为10℃‑30℃的相变材料。
4.根据权利要求1所述的基于相变储能技术的梯级蓄热控温系统,其特征在于,所述梯级蓄热装置包括通过管路依次连接的至少三个储热蓄热体,所述储热蓄热体根据温度划分且所述储热蓄热体的温度逐渐递减,最高温度的储热蓄热体分别与所述蒸发器的出口和所述太阳能集热器的出口连接,最低温度的储热蓄热体分别与所述蒸发器的进口和所述太阳能集热器的进口连接。
5.根据权利要求1所述的基于相变储能技术的梯级蓄热控温系统,其特征在于,所述废热管、换热循环管、集热循环管和供热循环管均进行保温绝热处理。
6.根据权利要求1所述的基于相变储能技术的梯级蓄热控温系统,其特征在于,所述压缩机的制冷剂为R245fa高温工质。
7.根据权利要求2所述的基于相变储能技术的梯级蓄热控温系统,其特征在于,所述供热循环管经所述梯级蓄热装置设置有两路支管,所述两路支管与所述待加热设备连接,所述两路支管分别为高温恒温加热支管和中低温逐级预热支管。
8.一种如权利要求1‑7中任一项所述的基于相变储能技术的梯级蓄热控温系统的控温方法,其特征在于,包括以下过程:蓄热过程1:所述集热循环管和所述供热循环管上的电动阀关闭,所述高温热源经所述蒸发器与所述换热循环管内的制冷剂进行换热,气液两相的制冷剂在所述蒸发器中吸热变为低温低压气体,进入所述压缩机后升温升压变为高温高压气体,高温高压的制冷剂气体进入所述梯级蓄热装置进行冷凝放热,高温制冷剂先进入70℃‑90℃相变温度的高温蓄热体内进行第一次放热,降温后的中温制冷剂进入40℃‑60℃相变温度的中温蓄热体内进行第二次放热,第二次降温后的低温制冷剂进入10℃‑30℃相变温度的低温蓄热体内进行第三次放热,最终变为气液两相制冷剂进入所述储液罐,随后进入过滤器中,过滤掉制冷剂中多余气体变为纯液相,进入膨胀阀进行节流后,变为低温低压的气液两相再进入蒸发器中进行下一次循环;
蓄热过程2:所述换热循环管和所述供热循环管上的电动阀关闭,所述太阳能集热器中的高温高压水蒸气进入所述梯级蓄热装置进行冷凝放热,高温高压水蒸汽先进入70℃‑90℃相变温度的所述高温蓄热体内进行第一次放热,降温后的中温湿蒸汽进入40℃‑60℃相变温度的所述中温蓄热体内进行第二次放热,第二次降温后的低温水进入10℃‑30℃相变温度的所述低温蓄热体内进行第三次放热,最后再进入所述太阳能集热器中进行下一次循环;
放热过程:所述换热循环管和所述集热循环管上的电动阀关闭,常温水由所述供热循环管上的所述循环水泵增压后分别流入所述梯级蓄热装置中进行吸热升温,流经所述高温蓄热体的出口水温为高温,流经所述中温蓄热体的出口水温为中温,流经所述低温蓄热体的出口水温为低温,根据待加热设备所需要的温度,通过所述控制器控制所述温控球阀的开度大小,使三股流体混合为一股流体,达到实际工程所需要的水温。
9.根据权利要求8所述的基于相变储能技术的梯级蓄热控温系统的控温方法,其特征在于,所述蓄热过程1和蓄热过程2可以同时进行。
说明书 :
一种基于相变储能技术的梯级蓄热控温系统及控温方法
技术领域
背景技术
释放。相变蓄热主要依靠相变材料的潜热,具有潜热量大、蓄热密度高的特点,比显热量大
一个数量级,自20世纪70年代石油危机后,热能储存技术在工业节能和新能源领域应用逐
渐受到重视,由于相变储能元件及其构成的蓄热换热器体积小、储能密度大的特点受到世
界各国的研究。
能是一种绿色新能源,具有可再生性,广泛性和能量巨大等优点,然而其缺点就是间断和波
动性。尤其在石油产业,井口原油由于温度较高,通常会产生闪蒸现象,这不仅会导致一部
分原油完全损失,还会使大部分热量浪费。此外,将高温的井口原油进行直接在储油罐中进
行存储,其大量的热量将会直接耗散在空气之中。
流体的温度,避免热量的浪费,可以起到节能环保的效果。
发明内容
配备球阀进行温度调控,根据实际的工业需求,选择合适的放热温度。
口通过换热循环管连接,所述换热循环管上依次连接压缩机、梯级蓄热装置和储液罐;
感器分别通过导线与所述控制器电连接,所述温度传感器位于所述温控球阀和待加热设备
之间;所述温度传感器可以实时在线监测所述供热循环管内的温度,以便通过控制器控制
所述温控球阀的开度大小。
蓄热体分别与所述蒸发器的进口和所述太阳能集热器的进口连接。
所述高温蓄热体优选相变温度为90℃的相变材料,所述中温蓄热体优选相变温度为60℃的
相变材料,所述低温蓄热体优选相变温度为30℃的相变材料。
发器的出口和所述太阳能集热器的出口连接,最低温度的储热蓄热体分别与所述蒸发器的
进口和所述太阳能集热器的进口连接。
热、储油罐保温以及对工质进行预热,节约了资源。
热变为低温低压气体,进入所述压缩机后升温升压变为高温高压气体,高温高压的制冷剂
气体进入所述梯级蓄热装置进行冷凝放热,高温制冷剂先进入70℃‑90℃相变温度的高温
蓄热体内进行第一次放热,降温后的中温制冷剂进入40℃‑60℃相变温度的中温蓄热体内
进行第二次放热,第二次降温后的低温制冷剂进入10℃‑30℃相变温度的低温蓄热体内进
行第三次放热,最终变为气液两相制冷剂进入所述储液罐,随后进入过滤器中,过滤掉制冷
剂中多余气体变为纯液相,进入膨胀阀进行节流后,变为低温低压的气液两相再进入蒸发
器中进行下一次循环;
℃‑90℃相变温度的所述高温蓄热体内进行第一次放热,降温后的中温湿蒸汽进入40℃‑60
℃相变温度的所述中温蓄热体内进行第二次放热,第二次降温后的低温水进入10℃‑30℃
相变温度的所述低温蓄热体内进行第三次放热,最后再进入所述太阳能集热器中进行下一
次循环;
高温蓄热体的出口水温为高温,流经所述中温蓄热体的出口水温为中温,流经所述低温蓄
热体的出口水温为低温,根据待加热设备所需要的温度,通过所述控制器控制所述温控球
阀的开度大小,使三股流体混合为一股流体,达到实际工程所需要的水温。
的蓄热器比单一式蓄热器比的蓄热量更大;三是采用热泵循环,将低品质的热能转变为高
品质的热能,使热量更容易进行储存;四是通过球阀控制梯级式相变蓄热装置的热水温度,
满足实际工程需要,达到节能环保的效果。
了相变储能装置的性能及效率;经过理论分析和现场试验证明,相变储能技术的梯级蓄热
与控温系统,安全可靠,节约成本、提高热能有效存储量,加快热能换热速度,提高了相变储
能装置的应用性能。
附图说明
具体实施方式
27上依次连接压缩机6、梯级蓄热装置和储液罐10;
通过导线30与控制器21电连接,温度传感器20位于温控球阀19和待加热设备之间;温度传
感器20可以实时在线监测供热循环管29内的温度,以便通过控制器21控制温控球阀19的开
度大小。
蒸发器4的进口和太阳能集热器13的进口连接。
阳能集热器13的出口连接,最低温度的储热蓄热体分别与蒸发器4的进口和太阳能集热器
13的进口连接。
有电动阀22,中低温逐级预热支管25上设置有电动阀23。
油罐保温以及对工质进行预热,节约了资源。
源1放热变为低温废热5,气液两相的制冷剂在蒸发器中吸热变为低温低压气体,进入压缩
机6后升温升压变为高温高压气体,高温高压的制冷剂气体进入梯级蓄热装置进行冷凝放
热,高温制冷剂先进入90℃相变温度的高温蓄热体7内进行第一次放热,降温后的中温制冷
剂进入60℃相变温度的中温蓄热体8内进行第二次放热,第二次降温后的低温制冷剂进入
30℃相变温度的低温蓄热体9内进行第三次放热,最终变为气液两相制冷剂进入储液罐10,
随后进入过滤器11中,过滤掉制冷剂中多余气体变为纯液相,进入膨胀阀12进行节流后,变
为低温低压的气液两相再进入蒸发器4中进行下一次循环。
热装置进行冷凝放热,高温高压水蒸汽先进入90℃相变温度的高温蓄热体7内进行第一次
放热,降温后的中温湿蒸汽进入60℃相变温度的中温蓄热体8内进行第二次放热,第二次降
温后的低温水进入30℃相变温度的低温蓄热体9内进行第三次放热,最后再进入太阳能集
热器(13)中进行下一次循环。
级蓄热装置中进行吸热升温,流经高温蓄热体7的出口水温为90℃,流经中温蓄热体8的出
口水温为60℃,流经低温蓄热体9的出口水温为30℃,根据中低温逐级预热支管24所需要的
温度,调节球阀开度的大小,使三股流体混合为一股流体,达到实际工程所需要的水温。
气体,高温高压的制冷剂气体进入梯级蓄热装置进行冷凝放热,同时太阳能集热器13中的
高温高压水蒸气进入梯级蓄热装置进行冷凝放热,高温制冷剂和高温高压水蒸汽先进入90
℃相变温度的高温蓄热体7内进行第一次放热,降温后的中温制冷剂和中温湿蒸汽进入60
℃相变温度的中温蓄热体8内进行第二次放热,第二次降温后的低温制冷剂和第二次降温
后的低温水进入30℃相变温度的低温蓄热体9内进行第三次放热,低温制冷剂变为气液两
相制冷剂进入储液罐10,随后进入过滤器11中,过滤掉制冷剂中多余气体变为纯液相,进入
膨胀阀12进行节流后,变为低温低压的气液两相再进入蒸发器4中进行下一次循环,低温水
进入最后再进入太阳能集热器(13)中进行下一次循环。
材料。
源1放热变为低温废热5,气液两相的制冷剂在蒸发器中吸热变为低温低压气体,进入压缩
机6后升温升压变为高温高压气体,高温高压的制冷剂气体进入梯级蓄热装置进行冷凝放
热,高温制冷剂先进入90℃相变温度的蓄热体内进行第一次放热,一次降温后的制冷剂进
入70℃相变温度的蓄热体内进行第二次放热,第二次降温后的制冷剂进入50℃相变温度的
蓄热体内进行第三次放热,第三次降温后的制冷剂进入30℃相变温度的蓄热体内进行第四
次放热,最终变为气液两相制冷剂进入储液罐10,随后进入过滤器11中,过滤掉制冷剂中多
余气体变为纯液相,进入膨胀阀12进行节流后,变为低温低压的气液两相再进入蒸发器4中
进行下一次循环。
热装置进行冷凝放热,高温高压水蒸汽先进入90℃相变温度的蓄热体内进行第一次放热,
一次降温后的湿蒸汽进入70℃相变温度的蓄热体内进行第二次放热,第二次降温后的水进
入50℃相变温度的蓄热体内进行第三次放热,第三次降温后的水进入30℃相变温度的蓄热
体内进行第四次放热,最后再进入太阳能集热器(13)中进行下一次循环。
级蓄热装置中进行吸热升温,流经四个蓄热体的出口水温一次为90℃,70℃、50℃,30℃,根
据中低温逐级预热支管24所需要的温度,调节球阀开度的大小,使三股流体混合为一股流
体,达到实际工程所需要的水温。
为对本发明创造的限制。此外,术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中,除非另
有说明,“多个”的含义是两个或两个以上。
间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以通过具体情
况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。
人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换,也应属于本发明的保护范
围。