本發(fā)明涉及一種儲能供熱裝置，尤其涉及一種用于液體儲熱的斜溫層儲熱裝置。

背景技術(shù)：

儲熱技術(shù)對于工業(yè)余熱、可再生能源等不連續(xù)能量應(yīng)用場合意義重大。相比傳統(tǒng)高溫、低溫雙體結(jié)構(gòu)的儲熱系統(tǒng)，采用斜溫層原理的單體儲熱系統(tǒng)具有更低成本的優(yōu)勢。為保障用熱設(shè)備的入口溫度，需要采取措施抑制儲熱系統(tǒng)中的高溫液體與低溫液體的摻混與自然對流。中國專利201110196337.0提出了一種帶有折流板的斜溫層太陽能儲熱系統(tǒng)。儲熱罐外表包有保溫層，儲熱罐內(nèi)布置有多個平行的低導(dǎo)熱率的薄的折流板，折流板多層分布、交錯布置，在折流板作用下，儲熱罐內(nèi)形成蛇形通道。該專利可以將固體儲熱介質(zhì)引入儲熱裝置，但是冷熱流體之間依然存在傳熱傳質(zhì)過程。中國專利201210379993.9提出了一種單罐儲熱系統(tǒng)及單罐儲熱方法，在儲熱罐內(nèi)引入浮動隔熱板及配重裝置，冷熱流體運(yùn)動依靠冷側(cè)和熱側(cè)的泵來驅(qū)動，浮動隔熱板在浮力的作用下自動上升和下降。系統(tǒng)依靠大量泵與閥門條件，機(jī)構(gòu)復(fù)雜，且浮動隔熱板重力固定，但儲熱流體溫度變化引發(fā)密度變化，進(jìn)而導(dǎo)致流體對浮動隔熱板的浮力發(fā)生連續(xù)變化，浮動隔熱板的配重固定，無法實(shí)現(xiàn)對浮動隔熱板浮力的連續(xù)響應(yīng)調(diào)節(jié)，浮動隔熱板自動上升和下降難以理想實(shí)現(xiàn)。中國專利201020643773.9提出了一種高溫熔融鹽可移動分隔板單罐蓄熱裝置，在儲熱罐內(nèi)設(shè)置有陶瓷隔熱板，依靠冷熱流體的運(yùn)動來推動陶瓷隔熱板上下移動。由于隔熱板不可避免的要存在重力影響，所以在充放熱及儲熱時期，隔熱板都會在重力作用下向下移動，導(dǎo)致隔熱失效。此外，隔熱板與儲熱罐之間沒有設(shè)置密封環(huán)，充放熱過程中，冷熱流體容易發(fā)生摻混。中國專利200980132726.8提出了一種雙熱能存儲罐，隔熱板沒有機(jī)械驅(qū)動方式和支撐方式，在充放熱及儲熱時期，隔熱板都會在重力作用下向下移動，導(dǎo)致隔熱失效。隔熱板與儲熱罐之間也沒有設(shè)置密封環(huán)，充放熱過程中，冷熱流體容易發(fā)生摻混。中國專利201510317121.3提出了一種溫度分層型蓄放熱裝置，入口布水器為盤管結(jié)構(gòu)，噴嘴向下，靠多孔介質(zhì)或多孔板均流減少對儲熱體溫度分層擾動，冷熱流體之間直接接觸，依然存在傳熱傳質(zhì)過程。因此，有必要針對上述問題開發(fā)新型的溫度分層儲熱裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的隔熱板受重力自動下沉導(dǎo)致隔熱失效，或冷熱流體由于接觸發(fā)生摻混導(dǎo)致用熱設(shè)備入口流體溫度降低，或儲熱裝置充放熱不能同時進(jìn)行等缺點(diǎn)，提出一種可應(yīng)用于液體儲熱的斜溫層儲熱裝置。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、分層穩(wěn)定、運(yùn)行工況廣泛靈活、有助于提高系統(tǒng)效率。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明用于液體儲熱的斜溫層儲熱裝置由變頻電機(jī)、減速機(jī)、熱流體入口、熱流體入口閥門、保溫層、儲熱罐、螺桿、隔熱板、冷流體出口閥門、冷流體出口、冷流體入口、冷流體入口閥門、螺桿軸承、隔熱板密封環(huán)、導(dǎo)桿密封環(huán)、導(dǎo)桿、熱流體出口閥門和熱流體出口組成。

保溫層包裹在儲熱罐外表面，用以減弱儲熱罐與外界的熱量交換。變頻電機(jī)、減速機(jī)、螺桿組成斜溫層儲熱裝置的驅(qū)動機(jī)構(gòu)。變頻電機(jī)和減速機(jī)均安裝在儲熱罐頂部外側(cè)。減速機(jī)旋轉(zhuǎn)軸豎直安裝。減速機(jī)旋轉(zhuǎn)軸的上端通過聯(lián)軸器與變頻電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸連接，減速機(jī)旋轉(zhuǎn)軸的下端通過磁力傳動聯(lián)軸器與螺桿非接觸式連接。

熱流體入口和熱流體入口閥門裝于儲熱罐頂部外側(cè)，熱流體入口所處的管道一端連通儲熱罐，熱流體入口所處的管道另一端連接集熱設(shè)備。熱流體入口閥門安裝在熱流體入口所處管道上，熱流體入口閥門用于調(diào)節(jié)熱流體入口所處管道的通斷。

冷流體出口和冷流體出口閥門裝于儲熱罐底部外側(cè)，冷流體出口所處的管道一端連通儲熱罐，冷流體出口所處的管道另一端連接集熱設(shè)備。冷流體出口閥門安裝在冷流體出口所處管道上，冷流體出口閥門用于調(diào)節(jié)冷流體出口所處管道的通斷。

熱流體出口和熱流體出口閥門裝于儲熱罐頂部外側(cè)，熱流體出口所處的管道一端連通儲熱罐，熱流體出口所處的管道另一端連接用熱設(shè)備。熱流體出口閥門安裝在熱流體出口所處管道上，熱流體出口閥門用于調(diào)節(jié)熱流體出口所處管道的通斷。

冷流體入口和冷流體入口閥門裝于儲熱罐底部外側(cè)，冷流體入口所處的管道一端連通儲熱罐，冷流體入口所處的管道另一端連接用熱設(shè)備。冷流體入口閥門安裝在冷流體入口所處管道上，冷流體入口閥門用于調(diào)節(jié)冷流體入口所處管道的通斷。

螺桿、隔熱板、螺桿軸承、隔熱板密封環(huán)、導(dǎo)桿密封環(huán)和導(dǎo)桿均安裝在儲熱罐內(nèi)部。螺桿的中心線與儲熱罐的中心線重合，螺桿上端通過磁力傳動聯(lián)軸器與減速機(jī)旋轉(zhuǎn)軸的下端連接，螺桿下端通過螺桿軸承與儲熱罐下底面連接。隔熱板位于儲熱罐內(nèi)部，隔熱板與儲熱罐下底面平行。螺桿從隔熱板的中心孔垂直穿過，螺桿與隔熱板中心孔通過螺紋連接。隔熱板由隔熱材料制成，隔熱板外緣裝有隔熱板密封環(huán)，隔熱板密封環(huán)與儲熱罐內(nèi)壁面緊密貼合。隔熱板密封環(huán)用于阻擋儲熱液體在隔熱板與儲熱罐的間隙流動。隔熱板將儲熱罐分割為獨(dú)立密封的上腔和下腔。導(dǎo)桿與螺桿平行安裝，導(dǎo)桿穿過隔熱板預(yù)留的通孔，通孔位置介于隔熱板中心孔與隔熱板邊緣之間，通孔內(nèi)安裝有導(dǎo)桿密封環(huán)，導(dǎo)桿從導(dǎo)桿密封環(huán)內(nèi)部中心孔垂直穿過。導(dǎo)桿密封環(huán)用于阻擋儲熱液體在隔熱板與導(dǎo)桿的間隙流動。導(dǎo)桿的下端與儲熱罐的下底面固定。

本發(fā)明的變頻電機(jī)可以通過聯(lián)軸器驅(qū)動減速機(jī)，減速機(jī)將變頻電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為低速大扭矩旋轉(zhuǎn)，減速機(jī)通過磁力傳動聯(lián)軸器驅(qū)動螺桿旋轉(zhuǎn)，隔熱板受螺桿驅(qū)動向上或向下移動，通過改變儲熱罐上腔和下腔的容積，實(shí)現(xiàn)對冷熱流體的驅(qū)動。本發(fā)明的斜溫層儲熱裝置無需泵，機(jī)械加工簡單，制造成本低廉。冷熱流體之間的傳熱傳質(zhì)被有效抑制，可以極大提高儲熱系統(tǒng)的儲熱效果。儲熱裝置可以通過串并聯(lián)組合實(shí)現(xiàn)大容量、連續(xù)和同時充放熱，使用方便。

附圖說明

圖1斜溫層儲熱裝置剖視圖；

圖2斜溫層儲熱裝置并聯(lián)系統(tǒng)示意圖；

圖中：1變頻電機(jī)，2熱流體入口，3熱流體入口閥門，4保溫層，5儲熱罐，6螺桿，7隔熱板，8冷流體出口閥門，9冷流體出口，10冷流體入口，11冷流體入口閥門，12螺桿軸承，13隔熱板密封環(huán)，14導(dǎo)桿密封環(huán)，15導(dǎo)桿，16，減速機(jī)，17熱流體出口閥門,18熱流體出口，19冷流體出口閥門，20冷流體出口，21冷流體入口，22冷流體入口閥門，23螺桿軸承，24螺桿，25儲熱罐，26導(dǎo)桿，27用熱設(shè)備，28隔熱板密封環(huán)，29導(dǎo)桿密封環(huán)，30隔熱板，31減速機(jī)，32熱流體出口閥，33熱流體出口，34變頻電機(jī)，35熱流體入口閥，36熱流體入口，37集熱設(shè)備。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

如圖1與圖2所示，本發(fā)明用于液體儲熱的溫度分層裝置由變頻電機(jī)1、熱流體入口2、熱流體入口閥門3、保溫層4、儲熱罐5、螺桿6、隔熱板7、冷流體出口閥門8、冷流體出口9、冷流體入口10、冷流體入口閥門11、螺桿軸承12、隔熱板密封環(huán)13、導(dǎo)桿密封環(huán)14、導(dǎo)桿15、減速機(jī)16、熱流體出口閥門17和熱流體出口18組成。

保溫層4包裹在儲熱罐5外表面，用以減少儲熱罐5與外界環(huán)境的熱量交換。變頻電機(jī)1、減速機(jī)16、螺桿6組成斜溫層儲熱裝置的驅(qū)動機(jī)構(gòu)。變頻電機(jī)1和減速機(jī)16均安裝在儲熱罐5的頂部外側(cè)。減速機(jī)16的旋轉(zhuǎn)軸豎直安裝。減速機(jī)16的旋轉(zhuǎn)軸上端通過聯(lián)軸器與變頻電機(jī)1的旋轉(zhuǎn)軸連接，減速機(jī)16的旋轉(zhuǎn)軸下端通過磁力傳動聯(lián)軸器與螺桿6的上端非接觸式連接。

熱流體入口2和熱流體入口閥門3裝于儲熱罐5的頂部外側(cè)，熱流體入口2所處的管道一端連通儲熱罐5，熱流體入口2所處的管道另一端連接集熱設(shè)備37。熱流體入口閥門3安裝在熱流體入口2所處管道上，熱流體入口閥門3用于調(diào)節(jié)熱流體入口2所處管道的通斷。

冷流體出口9和冷流體出口閥門8裝于儲熱罐5的底部外側(cè)，冷流體出口9所處的管道一端連通儲熱罐5，冷流體出口9所處的管道另一端連接集熱設(shè)備37。冷流體出口閥門8安裝在冷流體出口9所處管道上，冷流體出口閥門8用于調(diào)節(jié)冷流體出口9所處管道的通斷。

熱流體出口18和熱流體出口閥門17裝于儲熱罐5的頂部外側(cè)，熱流體出口18所處的管道一端連通儲熱罐5，熱流體出口18所處的管道另一端連接用熱設(shè)備27。熱流體出口閥門17安裝在熱流體出口18所處管道上，熱流體出口閥門17用于調(diào)節(jié)熱流體出口18所處管道的通斷。

冷流體入口10和冷流體入口閥門11裝于儲熱罐5的底部外側(cè)，冷流體入口10所處的管道一端連通儲熱罐5，冷流體入口10所處的管道另一端連接用熱設(shè)備27。冷流體入口閥門11安裝在冷流體入口10所處管道上，冷流體入口閥門11用于調(diào)節(jié)冷流體入口10所處管道的通斷。

螺桿6、隔熱板7、螺桿軸承12、隔熱板密封環(huán)13、導(dǎo)桿密封環(huán)14和導(dǎo)桿15均安裝在儲熱罐5的內(nèi)部。螺桿6的中心線與儲熱罐5的中心線重合，螺桿6的上端通過磁力傳動聯(lián)軸器與減速機(jī)16的旋轉(zhuǎn)軸下端連接，螺桿6的下端通過螺桿軸承12與儲熱罐5的下底面連接。隔熱板7位于儲熱罐5的內(nèi)部，隔熱板7與儲熱罐5的下底面平行。螺桿6從隔熱板7的中心孔垂直穿過，螺桿6與隔熱板7的中心孔通過螺紋連接。隔熱板7由隔熱材料制成，隔熱板7的外緣裝有隔熱板密封環(huán)13，隔熱板密封環(huán)13與儲熱罐5的內(nèi)壁面緊密貼合。隔熱板密封環(huán)13用于阻擋儲熱液體在隔熱板7與儲熱罐5的間隙流動。隔熱板7將儲熱罐5分割為獨(dú)立密封的上腔和下腔。導(dǎo)桿15與螺桿6平行安裝，導(dǎo)桿15穿過隔熱板7預(yù)留的通孔，通孔位置介于隔熱板7的中心孔與隔熱板7的外緣之間，通孔內(nèi)安裝有導(dǎo)桿密封環(huán)14，導(dǎo)桿15從導(dǎo)桿密封環(huán)14的內(nèi)部中心孔垂直穿過。導(dǎo)桿密封環(huán)14用于阻擋儲熱液體在隔熱板7與導(dǎo)桿15的間隙流動。導(dǎo)桿15的上端與儲熱罐5的上底面固定連接，導(dǎo)桿15的下端與儲熱罐5的下底面固定連接。

當(dāng)斜溫層儲熱裝置單獨(dú)充熱運(yùn)行時，熱流體入口閥3、冷流體出口閥8開啟，冷流體入口閥11、熱流體出口閥17關(guān)閉。變頻電機(jī)1通過聯(lián)軸器驅(qū)動減速機(jī)16，減速機(jī)16通過磁力傳動聯(lián)軸器驅(qū)動螺桿6正向旋轉(zhuǎn)，螺桿6帶動隔熱板7向下移動，推動儲熱罐5下腔的冷流體通過冷流體出口閥8，從冷流體出口9流出，流入集熱設(shè)備37。經(jīng)集熱設(shè)備37加熱后的熱流體，從熱流體入口2進(jìn)入儲熱罐5的上腔。隔熱板7將儲熱罐5內(nèi)的冷流體與熱流體隔開，有效避免摻混和熱量交換。

當(dāng)斜溫層儲熱裝置單獨(dú)放熱運(yùn)行時，熱流體入口閥3、冷流體出口閥8關(guān)閉，冷流體入口閥11、熱流體出口閥17開啟。變頻電機(jī)1通過聯(lián)軸器驅(qū)動減速機(jī)16，減速機(jī)16通過磁力傳動聯(lián)軸器驅(qū)動螺桿6反向旋轉(zhuǎn)，螺桿6帶動隔熱板7向上移動，推動儲熱罐5上腔的熱流體通過熱流體出口閥17，從熱流體出口18流出，流入用熱設(shè)備27。經(jīng)用熱設(shè)備27冷卻后的冷流體，從冷流體入口10進(jìn)入儲熱罐5的下腔。隔熱板7將儲熱罐5內(nèi)的冷流體與熱流體隔開，有效避免摻混和熱量交換。

兩個及兩個以上的斜溫層儲熱裝置并聯(lián)組成的儲熱系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)充放熱與同時充放熱。圖2所示為兩個斜溫層儲熱裝置A、B并聯(lián)組成的儲熱系統(tǒng)。

斜溫層儲熱裝置A的儲熱罐5充熱，同時斜溫層儲熱裝置B的儲熱罐25放熱的具體操作過程如下：斜溫層儲熱裝置A中，熱流體入口閥3、冷流體出口閥8開啟，冷流體入口閥11、熱流體出口閥17關(guān)閉。變頻電機(jī)1通過聯(lián)軸器驅(qū)動減速機(jī)16，減速機(jī)16通過磁力傳動聯(lián)軸器驅(qū)動螺桿6正向旋轉(zhuǎn)，螺桿6帶動隔熱板7向下移動，推動儲熱罐5下腔的冷流體通過冷流體出口閥8，從冷流體出口9流出，流入集熱設(shè)備37。經(jīng)集熱設(shè)備37加熱后的熱流體，從熱流體入口2進(jìn)入儲熱罐5的上腔。與此同時，斜溫層儲熱裝置B中，熱流體入口閥35、冷流體出口閥19關(guān)閉，冷流體入口閥21、熱流體出口閥32開啟。變頻電機(jī)34通過聯(lián)軸器驅(qū)動減速機(jī)31，減速機(jī)31通過磁力傳動聯(lián)軸器驅(qū)動螺桿24反向旋轉(zhuǎn)，螺桿24帶動隔熱板30向上移動，推動儲熱罐25上腔的熱流體通過熱流體出口閥32，從熱流體出口33流出，流入用熱設(shè)備27。經(jīng)用熱設(shè)備27冷卻后的冷流體，從冷流體入口22進(jìn)入儲熱罐25的下腔。

斜溫層儲熱裝置A的儲熱罐5放熱，同時斜溫層儲熱裝置B的儲熱罐25充熱的具體操作過程如下：斜溫層儲熱裝置A中，熱流體入口閥3、冷流體出口閥8關(guān)閉，冷流體入口閥11、熱流體出口閥17開啟。變頻電機(jī)1通過聯(lián)軸器驅(qū)動減速機(jī)16，減速機(jī)16通過磁力傳動聯(lián)軸器驅(qū)動螺桿6反向旋轉(zhuǎn)，螺桿6帶動隔熱板7向上移動，推動儲熱罐5上腔的熱流體通過熱流體出口閥17，從熱流體出口18流出，流入用熱設(shè)備27。經(jīng)用熱設(shè)備27冷卻后的冷流體，從冷流體入口10進(jìn)入儲熱罐5的下腔。與此同時，斜溫層儲熱裝置B中，熱流體入口閥35、冷流體出口閥19開啟，冷流體入口閥21、熱流體出口閥32關(guān)閉。變頻電機(jī)34通過聯(lián)軸器驅(qū)動減速機(jī)31，減速機(jī)31通過磁力傳動聯(lián)軸器驅(qū)動螺桿24正向旋轉(zhuǎn)，螺桿24帶動隔熱板30向下移動，推動儲熱罐25下腔的冷流體通過冷流體出口閥19，從熱流體出口20流出，流入集熱設(shè)備37。經(jīng)過集熱設(shè)備37加熱后的熱流體，從熱流體入口36進(jìn)入儲熱罐25的上腔。