储热系统
技术领域
本申请涉及储热技术，特别涉及储热系统。
背景技术
随着常规石化能源的有限性以及环境问题的日益突出，替代性可再生能源的研究和利用的重要性在逐渐提高。一些替代性可再生能源，如风能、太阳能等，具有随机性、波动性、不稳定性的特点，因此其产生的电力接入电网时可能影响电网的稳定和安全，因此受到较多限制。此外，如何在电网中用电低谷时期提高电网的运行经济效益，也是需要解决的问题。目前，现有的蓄热技术，利用电能将蓄热体(水或固体)加热到一定的温度，利用被加热的蓄热体储存的热量进行供暖。采用水蓄热，因其储热能力限制需要建设较大水箱，占地面积较大。固体蓄热通常是用电热丝对储热砖堆砌成的储热体进行加热储能，放热时储热体与空气进行换热，因此储热砖要预先留有电热丝的通道和风道，成本较高，且通过空气传热，应用场合的局限性较大。
实用新型内容
本申请实施例提供储热系统。
一些实施例的储热系统可以包括：
中空的腔体，所述腔体包括加热部分和储热部分；
所述加热部分中设置有电热元件，上部设置有进料口，内部设置有滑道；
所述滑道的上端连接所述进料口，下端通向所述储热部分，使储热颗粒从所述进料口流入所述滑道，经所述电热元件加热后，沿所述滑道流入所述储热部分。
一些实施例的储热系统可以包括：
储热材料加热器，包括中空的腔体，所述腔体内部设置有电热元件；
所述腔体上部设置有进料口，所述腔体内部设置有滑道；
所述滑道的上端连接所述进料口，使储热颗粒从所述进料口进入所述滑道，经所述电热元件加热后，沿所述滑道流出所述腔体的下端开口；
所述腔体的下端开口处设置有第一接口部件，所述第一接口部件用于与储热颗粒收集装置上的第二接口部件进行配合，使得所述储热材料加热器的主体与所述储热颗粒收集装置的主体紧密拼合，所述储热颗粒从所述腔体的下端开口流入所述储热颗粒收集装置。
各实施例的方案中，通过采用内部设置有电热元件和滑道的腔体，对滑道中流动的固体颗粒进行加热，加热后的固体颗粒流出滑道，设备结构紧凑，所需空间相对较小，使用方式灵活，适用范围广，系统造价低。
附图说明
图1为本申请实施例的一种储热系统的剖面示意图。
图2A为本申请实施例的一种储热系统的剖面示意图。
图2B为本申请实施例的筒状导热层的设置方式的示意图。
图3为本申请实施例的可拆卸结构的储热系统的剖面示意图。
图4为本申请实施例的带有换热部分的储热系统的剖面示意图。
图5为本申请实施例的一种储热系统的剖面示意图。
图6为本申请实施例的一种储热系统的剖面示意图。
其中，附图标记如下：
具体实施方式
为了描述上的简洁和直观，下文通过描述若干代表性的实施例来对本实用新型的方案进行阐述。实施例中大量的细节仅用于帮助理解本实用新型的方案，本实用新型的技术方案实现时可以不局限于这些细节。为了避免不必要地模糊了本实用新型的方案，一些实施方式没有进行细致地描述，而是仅给出了框架。下文中，“包括”是指“包括但不限于”，“根据……”是指“至少根据……，但不限于仅根据……”，应当解释为除了之后提到的特征外，其它特征也可以存在。
图1是本申请实施例的一种储热系统的剖面示意图。如图1所示，该储热系统100可以包括中空的腔体10。腔体10可以包括加热部分11和储热部分12。
加热部分11中设置有电热元件13，上部设置有进料口14，内部设置有滑道15。滑道15的上端连接进料口14，下端通向储热部分12，使储热颗粒从进料口流入滑道15，经电热元件13加热后，沿滑道15流入储热部分12。
加热部分11和储热部分12的主体紧凑拼接，从而拼合成腔体10，使得腔体10的体积可以较小，节约空间。一些实施例中，加热部分11位于腔体 10上部，储热部分12位于加热部分11之下，以便储热颗粒在重力作用下沿滑道15流入储热部分12。其它实施例中，如果采用其它方式控制储热颗粒的流动，加热部分11和储热部分12的相对位置关系可以根据需要设置。
一些实施例中，进料口14位于加热部分11的上部，例如加热部分11的侧壁的上部、顶部等，以便储热颗粒在重力作用下沿滑道15流入储热部分 12。其它实施例中，如果采用其它方式控制储热颗粒的流动，进料口14的位置可以根据需要设置。
一些实施例中，进料口14处可以设置有进料阀(未示出)，用于调节储热颗粒流入通道的流量。
一些实施例中，腔体10的加热部分11中设置有电热元件13。电热元件 13的设置位置和形状可以根据需要确定。例如，在图1的示例中，电热元件 13为设置在腔体10的中心线处的电热棒，滑道15为围绕电热元件13设置的螺旋状的滑道。图1仅为简化的示意图，各实施例中，电热元件13和滑道 15可以采用其它的结构和样式。
各实施例中，滑道15沿着从进料口到储热部分12的方向延伸，能够使得其中的储热颗粒在电热元件13的热辐射作用下被加热。一些实施例中，滑道15可以为螺旋形滑道。各实施例中，滑道15和电热元件13可以以任意可行的方式相互配合从而对储热颗粒进行加热。
例如，当电热元件13为沿加热部分11的中轴线方向设置时，滑道15可以为设置在电热元件13周围的一个或多个螺旋通道。
一些实施例中，滑道15可以为开放的滑道，例如设置在加热部分11内壁上的凹槽、或从内壁上的凸出的肋板等。例如，如图1所示的滑道15即为开放式的、加热部分11内壁上凸出的滑道。
一些实施例中，滑道15也可以为全封闭的或半封闭的。例如，如图2A 所示，图2A是本申请实施例的一种储热系统200的剖面示意图。图2A中，加热部分11中设置有一筒状导热层23，沿腔体10的中心线方向嵌套在所述加热部分中。筒状导热层23与滑道15的内边沿的间隙小于所述储热颗粒的直径。筒状导热层23可以将热量传递给储热颗粒，并阻止所述储热颗粒溢出所述滑道。滑道15的内边沿是指滑道15的靠近腔体10中心的边沿。
筒状导热层23可以固定在加热部分11的顶部或底部，也可以固定在所述滑道的内边沿上。筒状导热层23可以由耐高温、导热性强的材料制成，例如各种高温陶瓷材料等。固定方式可以为粘接、卡接、螺旋连接，等。例如，如图2B所示，筒状导热层23上可设置有多个卡口24，用于与加热部分11 顶部或侧壁上设置的多个凸起部件25进行配合，从而将筒状导热层23卡接在加热部分11中。又例如，筒状导热层23可以通过粘合剂粘合在滑动15的内边沿上，从而固定在加热部分11中。
一些实施例中，可以通过对滑道15的倾斜度来控制储热颗粒的受热时间，以控制加热后的储热颗粒的温度。
一些实施例中，可以控制滑道15以加热部分11的轴心线为中心进行旋转，使得通道15中的储热颗粒在旋转的离心作用下减缓流动速度，达到延长储热颗粒受热时间的目的。例如，当通道15设置在加热部分11的内壁上时，可以通过电机驱动加热部分11上设置有滑道15的部分(例如加热部分11的侧壁)进行旋转。旋转速度可以由电热元件13或滑道15出口流出的储热颗粒的温度控制。例如，采用电加热器时，电热元件13的加热温度可以由腔体10外的电加热控制设备控制，该电加热控制设备的控制信号可以由另一设备使用于控制滑道15的旋转速度。又例如，可以在滑道15的出口或储热部分12设置温度传感器，根据温度传感器反馈的温度信号来控制滑道15的旋转速度。以上仅为举例。一些实施例中，滑道15的旋转速度的控制信号可以由另一设备用于控制进料口14处的进料阀的启闭状态，以调节流入加热部分 11的储热颗粒的流量。
一些实施例中，可以通过采用相互独立的加热部分11和储热部分，使得仅加热部分11旋转，而储热部分不旋转。例如，储热系统100可以包括上支撑板、下支撑板和电机。加热部分11可以通过上轴承、下轴承设置在上支撑板和下支撑板之间。电机可以设置在上支撑板或下支撑板上，用于驱动加热部分11围绕腔体10的中心线旋转。一些实施例中，可以将旋转控制器设置在上支撑板或下支撑板上，用于控制加热器部分11的旋转速度。
一些实施例中，加热部分11可以由相互独立的部件组成，使得加热部分 11中仅有包括滑道15的部分旋转，而其它部分不旋转。例如，加热部分11 可以包括独立设置的顶部和侧壁部。
顶部为不旋转的部分，由上支撑板支撑。例如，上支撑板中心有一孔洞，加热部分11的顶部可以架在该孔洞上。又例如，上支撑板上表面或下表面上可设置一支架，加热部分11的顶部可以设置在该支架上。以上仅为举例。进料口可以不旋转，因此可以设置在顶部中，例如，可以是设置在顶部中的凹槽。例如，进料口可以从上支撑板中的孔洞向上延伸，进料装置向延伸出的进料口注入储热颗粒。电热元件13也可以不旋转，其一端可以穿过该顶部和上支撑板的孔洞，与供电电缆连接。
侧壁部为旋转的部分，可以通过上轴承、下轴承设置在上支撑板和下支撑板之间，在电机的驱动下旋转。一些实施例中，为了方便储热颗粒流入储热部分12，下支撑板中可以具有一孔洞，该孔洞与加热部分11的下出口相配合、且不小于所述下出口。储热部分12的上口从下支撑板的下方与该孔洞相配合，且不小于该孔洞，以使滑道15中的储热颗粒在下泄到储热部分12中时不受阻碍。
各实施例中，加热部分11的腔体内壁可以采用耐高温材料制成，例如高温陶瓷等。储热部分12的外壳可以由多层材料制成。例如，外层可以由强度较高的材料(例如碳钢材料等)制成，作为支撑层；支撑层内可设有隔热材料(例如陶瓷纤维材料等)制成的隔热层；隔热层内可设有耐磨材料(例如碳化硅或高温陶瓷材料，例如陶瓷片等)制成的耐磨层。一些实施例中，加热部分11和储热部分12外可以根据需要设置保温外壳。
可见，各实施例的储热系统，采用单个腔体结构用于加热和储热，结构紧凑，占用空间小，使用方式灵活，适用范围广。
一些实施例中，加热部分11和储热部分12可以通过紧固件或焊接等方式紧固连接。储热部分12还可设有流量调节阀(未示出)，作为储热颗粒的输出部件，用于将储热颗粒输出到换热器中进行放热。一些实施例中，流量调节阀可以设置在储热部分12的下部，例如储热部分12侧壁的下部、或底部，等。流量调节阀可以有一个或多个。一些实施例中，流量调节阀可以调节储热颗粒的流量大小。流量调节阀可以由耐高温材料制成，可以为任何合适类型的启闭件，例如蝶阀、活塞阀门、专门设计的调节阀，等。
一些实施例中，加热部分11和储热部分12可以通过易于拆卸的接口相互连接，使得储热部分12便于更换或运输。图3为本申请实施例的可拆卸结构的储热系统300的剖面示意图。如图3所示，加热部分11设置有第一接口部件21，储热部分12设置有第二接口部件22。第一接口部件21和第二接口部件22相互配合，使得加热部分11和储热部分12在拼合时构成腔体 10。
一些实施例中，第一接口部件21和第二接口部件22可以为承插接口，配合时通过相互嵌套使得加热部分11和储热部分12在拼合时构成腔体10。另一些实施例中，第一接口部件21和第二接口部件22还可以为其它形式的接口，例如卡口、螺旋接口，等。
一些实施例中，加热部分11可以设置在支撑架或支撑座上，以便于对加热部分11或储热部分12进行更换和维护。
一些实施例中，储热部分12可以设置在支撑架或支撑座上，以便于对储热部分12进行更换和维护一些实施例中，储热部分12的支撑架或支撑座中可以设置有重量传感器，用于测量储热部分的重量，将重量数据提供给一设备，由该设备可以根据重量传感器反馈的重量信号使储热颗粒停止流入储热部分12。例如，该设备可以在重量信号指示储热部分12的重量达到预设值时，关闭进料口14处的进料阀，使得不再有储热颗粒流入加热部分11。该设备可以是设置在腔体10外部的控制设备，如专门设计的控制电路、单片机设备、计算机，等。
一些实施例中，上述储热系统也可以包括换热部分，从而使储热颗粒被加热后在原地用于换热。图4为本申请实施例的带有换热部分的储热系统400 的剖面示意图。如图4所示，腔体10还可以包括换热部分16。换热部分16 与储热部分12连接，用于利用从储热部分12流出的储热颗粒对换热介质进行加热。
一些实施例中，储热部分12可以设置有第三接口部件，换热部分16可以设置有第四接口部件，第三接口部件和第四接口部件相互配合，使得加热部分11、储热部分12与换热部分16在拼合时，其主体紧凑拼接，从而构成腔体10。一些实施例中，第三接口部件和第四接口部件可以为承插接口。另一些实施例中，第三接口部件和第四接口部件还可以为其它形式的接口，例如卡口、螺旋接口、螺栓紧固接口，等。
一些实施例中，储热部分12可以包括流量调节阀17，用于调节储热颗粒流入换热部分的流量。一些实施例中，储热部分12具有第五接口部件，流量调节阀17可以通过第五接口部件以可拆卸方式固定在储热部分12的内部。这里的流量调节阀17与上面描述的储热部分12的流量调节阀类似，可以设置在储热部分12的储热颗粒流出端等。流量调节阀17可以有一个或多个，可以由耐高温材料制成，可以为任何合适类型的启闭件，例如蝶阀、活塞阀门、专门设计的调节阀，等。
可见，该储热系统400使用单个腔体同时提供储热颗粒的加热和放热，结构紧凑，设备体积较小，使用方便，适用范围广。
下面举一例对依据本申请实施例设计的针对一具体应用场景的储热系统进行说明。图5为本申请实施例的储热系统500的剖面示意图。如图5所示，储热系统500包括腔体10。为使储热颗粒在重力作用下流动，腔体10自上而下，包括加热部分11、储热部分12和换热部分16。
加热部分11通过上轴承31和下轴承32设置在上支撑板33和下支撑板 34之间。
加热部分11外部用成型保温壳体38进行保温，保温壳体38外部用钢板制成的支撑外壳39包覆。一些实施例中，这样的结构可以使得运行时，例如加热部分11内部温度达到1000摄氏度时，支撑外壳39的外表面温度保持较低的水平，例如可以小于50摄氏度。
加热部分11的中心处设置有电加热棒35。电加热棒35的热端(即通电后发热的部分)沿加热部分11的轴向设置。电加热棒35的冷端(即通电后不发热的部分)穿过加热部分11的顶部、顶部的保温壳体38、以及上支撑板33上设置的孔洞，通过电加热棒35冷端上的接线端子36以及联接电缆与位于腔体外的加热控制器(未示出)相连，用于控制电加热棒35的加热温度。电加热棒35可以由碳化硅材料制成，表面的最大温度可达1200摄氏度。
加热部分11的侧壁部27设有螺旋滑道15。滑道15的横截面形状可以为矩形、弧形，等。
上支撑板33之上设置有料斗37，料斗37的下口通过设置在贯穿上支撑板33、保温壳体38和加热部分11顶部的通道连通到滑道15的上端，用于向滑道15中注入储热颗粒。料斗37的下口处设置有调节阀41，用于调节流入加热部分11的储热颗粒的流量。
一些实施例中，加热部分11可以在电机(未示出)的驱动下，围绕所述腔体10的中心线旋转。其中，电机可以设置在上支撑板33或下支撑板上24。一些实施例中，加热部分11可以仅有一部分旋转，另一部分不旋转。例如，加热部分11可以由不旋转的顶部26，以及旋转的侧壁部27组成。顶部26 可以设置在上支撑板33下表面上固定的支架28上。上支撑板33具有一孔洞，进料口14为设置在所述顶部26中的凹槽，凹槽位于通道15的上口上方，使得落入凹槽中的储热颗粒进入通道15。电热元件13的一端穿过顶部 26以及上支撑板中的孔洞，与供电电缆连接。侧壁部27通过上轴承、下轴承设置在上支撑板33和下支撑板34之间，在电机的驱动下旋转。
一些实施例中，下支撑板34中具有一孔洞，该孔洞与加热部分11的下出口相配合、且不小于该下出口。储热部分12的上口从下支撑板34的下表面与该孔洞相配合，且不小于该孔洞，以使滑道15中的储热颗粒在下泄到储热部分12中时不受阻碍。
一些实施例中，侧壁部27可以通过旋转控制器，与电机连接，由旋转控制器控制侧壁部27的旋转速度，从而控制储热颗粒在滑道15内的流动速度。
一些实施例中，可以利用一个或多个控制设备来控制电加热棒35的加热温度、侧壁部27的转速，以及调节阀41的开度，使储热颗粒离开加热部分11时，具有所需的温度。一些实施例中，储热颗粒可以由耐高温的陶瓷材料制成，其温度可达到500-1000摄氏度。
这样，料斗37内的储热颗粒经调节阀41进入腔体10的加热部分11进行加热。加热至例如800-900摄氏度的储热颗粒流入进入储热部分12进行储存。根据需要，可以通过高温流量调节阀42进入换热部分16，将来自循环水泵的水加热到需要的温度。与水换热后，储热颗粒可通过低温流量调节阀 43进入低温存储罐44。根据需要，低温存储罐44中的储热颗粒可通过切断阀45进入斗式提升机46，被提升至料斗37处，并被注入料斗37。一些实施例中，切断阀45和斗式提升机46之间还可以设置有筛分器47。筛分器47 用于去除储热颗粒中因磨损破碎的产生的粉末，并将过筛的储热颗粒注入斗式提升机46。筛分器47筛出的粉末可以装桶回收。
各实施例的储热系统中，腔体10的各部分紧密连接，拼合成腔体10，使得结构紧凑，占用空间小。一些实施例中，腔体10的各部件还可以设计为具有统一的接口，以方便用户根据需要进行部件的选择和拼装。
图6为本申请实施例的储热系统600的剖面示意图。如图6所示，储热系统600可以包括储热材料加热器51、储热罐52、换热器53。
如图所示，储热材料加热器51可以为一中空的腔体，腔体内部设置有电热元件。腔体上部设置有进料口，腔体内部设置有滑道。滑道的上端连接进料口，使储热颗粒从进料口进入滑道，经电热元件加热后，沿滑道流出腔体的下端开口。
腔体的下端开口处设置有第一接口部件54，对接部件用于与储热颗粒收集装置上的第二接口部件55进行配合，使得储热材料加热器51的主体与储热颗粒收集装置的主体紧密拼合，储热颗粒从该腔体的下端开口流入储热颗粒收集装置。
各实施例中，储热罐52、换热器53均具有第二接口部件55，也即，储热罐52、换热器53均可以作为储热颗粒收集装置。例如，当仅需要对储热颗粒进行加热和存储时，该储热系统600可以由储热材料加热器51和储热罐52通过第一接口部件54和第二接口部件55拼合而成。又例如，当需要实时进行储热颗粒的加热和放热时，该储热系统600可以由储热材料加热器 51和换热器53通过第一接口部件54和第二接口部件55拼合而成。
一些实施例中，储热罐52或换热器53也可以设置有所述第一接口部件 54，用于通过第一接口部件54与具有第二接口部件55的设备进行配合。例如，当设备为储热罐52时，可以这样对储热罐进行联接，从而扩大存储容量。又例如，当设备为换热器53时，储热罐52可以与换热器53通过第一接口部件54和第二接口部件55进行配合，使得储热罐52中的储热颗粒从储热罐54的第一接口部件54流入换热器53与换热介质进行换热。又例如，当设备为换热器53时，具有第二接口部件55的设备可以是低温存储罐44，换热器53可以与低温存储罐44通过第一接口部件54和第二接口部件55进行配合，使得换热后的储热颗粒从换热器53的第一接口部件54流入低温存储罐44进行存储。又例如，可以将上述储热材料加热器51、储热罐52和换热器53依次拼接，即可得到与图5所示的储热系统500类似的设备。
一些实施例中，第一接口部件54处可以设置有第三接口部件56，用于使流量调节装置57通过第三接口部件54，以可拆卸方式固定在第一接口部件54处，以调节储热颗粒流出第一接口部件54的流量。第三接口部件56可以为各种可拆卸的接口，例如卡口、螺旋接口、螺栓紧固接口，等。例如，第三接口部件56可以是类似法兰接口，流量调节装置57可以通过螺栓或螺钉紧固连接到储热罐52或换热器53。
这样，用户还可以根据需要选择部件进行简单的组装，实现各实施例的储热系统。各实施例的各接口部件采用体积小的部件，如插口、螺旋接口等，使得组装时，各部件的主体紧凑拼接，形成完整腔体，减小了储热系统占用的空间。
各实施例中，储热材料加热器51可以与上述各实施例中任一实施例的加热部分11类似。一些实施例中，储热材料加热器51也可包括料斗、支撑板、支撑架、旋转驱动电机等辅助部件。例如，储热材料加热器51可以包括：上支撑板、下支撑板、电机，上轴承、下轴承以及旋转控制器。电机设置在上支撑板或下支撑板上，用于驱动储热材料加热器51(例如储热材料加热器 51的侧壁部分)围绕空腔的中心线旋转。旋转控制器用于控制旋转速度。又例如，储热材料加热器51中，电热元件的一端设置接线端子，连接到设置于腔体外部的、用于控制电热元件的加热温度的控制器。
储热罐52和换热器53可以与上述各实施例中任一实施例的储热部分12 和换热部分16类似。其中，换热器53还可以包括低温存储罐44、切断阀45、筛分器47，等。
具体参见上文实施例，这里不再赘述。
需要说明的是，上述各结构图中不是所有的模块都是必须的，可以根据实际的需要忽略某些模块。各模块的划分仅仅是为了便于描述采用的功能上的划分，实际实现时，一个模块可以分由多个模块实现，多个模块的功能也可以由同一个模块实现，这些模块可以位于同一个设备中，也可以位于不同的设备中。另外，上面描述中采用“第一”、“第二”仅仅为了方便区分具有同一含义的两个对象，并不表示其有实质的区别。
综上，权利要求的范围不应局限于以上描述的例子中的实施方式，而应当将说明书作为一个整体并给予最宽泛的解释。
