一种储热球短距离储热输热系统及其运行方法 |
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| 申请号 | CN202111002313.7 | 申请日 | 2021-08-30 | 公开(公告)号 | CN113720188B | 公开(公告)日 | 2022-06-03 |
| 申请人 | 中国科学院过程工程研究所; | 发明人 | 宋民航; 黄云; 姚华; 靳星; 刘文巍; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供了一种储热球短距离储热输热系统及其运行方法，所述储热输热系统包括储热单元、输送单元、释热单元以及储热球；所述储热单元和释热单元通过所述输送单元相连；所述储热单元包括第一换热腔、出口气流腔以及入口气流腔；所述输送单元包括输送管路和链条传动机构；所述释热单元包括并列设置的第一换热腔与第二换热腔以及出口气流腔和入口气流腔；所述储热输热系统具有日储释热循环利用率高的优势，避免了采用传统储热车辆的高额运行 费用 及驾驶人员成本，提高了移动储热利用的综合经济性，适用于工业余废热利用等领域，具有较好的工业应用前景。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种储热球短距离储热输热系统，其特征在于，所述储热输热系统包括储热单元、输送单元、释热单元以及储热球；所述储热单元和释热单元通过所述输送单元相连； |
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| 说明书全文 | 一种储热球短距离储热输热系统及其运行方法技术领域[0001] 本发明属于节能技术领域，具体涉及一种储热球短距离储热输热系统及其运行方法。 背景技术[0002] 化工、冶炼及水泥等行业产生的工业余热、废热具有资源来源广、温度范围大、形式多样的特点，但由于在地域和时间上存在不均衡性，常造成大量工业余废热的浪费。为了解决此类问题，移动储热技术应运而生，该技术能够将余热、废热资源储存在储热材料中，并以车辆运输的方式转运到如供暖、供热水等热用户端进行利用，实现余热、废热资源在地域和时间上的二次分配，具有十分重要的意义。 [0003] 现阶段的移动储热技术整体尚处于机理研究和示范工程的应用阶段，现有移动储热装置体积较为庞大，储热换热器单位体积储热量低且充热时间长，利用安装储能装置的车辆进行热量的充热、运输及释热，而储能装置常集成固定于车辆上，使在充热及释热过程中，储热车及驾驶人员需要进行长时间等待，造成热量的循环利用效率降低、灵活性差，加之车辆自身损耗及驾驶人员的用工成本，使传统移动储热系统的投资回报周期较长，制约了移动储能系统的规模化应用。 [0004] 针对现有移动储能技术存在的储释热时间长、储能车辆日循环利用率低、运行成本高的问题，如何提供一种提高日储释热循环利用率，并避免采用传统储热车辆的高额运行费用及驾驶人员成本，提高移动储热的综合经济性，已成为当前亟待解决的问题。 发明内容[0005] 针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种储热球短距离储热输热系统及其运行方法，所述储热输热系统通过优化设计储热单元、输送单元、释热单元以及储热球的结构，提高了移动储释热技术的日储释热循环效率，降低了综合运行成本，具有良好的工业化应用前景。 [0006] 为达此目的，本发明采用以下技术方案： [0007] 一方面，本发明提供了一种储热球短距离储热输热系统，所述储热输热系统包括储热单元、输送单元、释热单元以及储热球；所述储热单元和释热单元通过所述输送单元相连； [0008] 所述储热单元包括第一换热腔以及独立地设置于所述第一换热腔顶端和底端的气流腔； [0009] 所述输送单元包括输送管路和链条传动机构； [0010] 所述释热单元包括并列设置的第一换热腔与第二换热腔以及独立地设置于所述第一换热腔顶端和底端的气流腔； [0011] 所述第一换热腔用于存储储热球。 [0012] 本发明中，所述储热单元和释热单元均包括第一换热腔以及2个气流腔，这3个腔室的结构紧凑，节省了占地空间；储热球与输送单元的设计极大地提高了储热球的循环使用效率，节省等待时间；此外，释热单元还包括第二换热腔，可供其他系统对回收的热量进行利用。 [0013] 以下作为本发明优选的技术方案，但不作为本发明提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好地达到和实现本发明的技术目的和有益效果。 [0014] 作为本发明优选的技术方案，所述储热单元至少包括1个，例如1个、2个、3个、4个或5个等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。 [0015] 优选地，所述释热单元至少包括1个，例如1个、2个、3个、4个或5个等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。 [0016] 本发明中，基于输送管路的布置，一个输送单元上可连接多组储热单元与释热单元，并结合智能控制以及寻优方法，实现对特定区域或厂区内的余废热进行优化调度及系统利用。 [0017] 优选地，所述第一换热腔顶端的气流腔为出口气流腔，底端的气流腔为入口气流腔。 [0018] 优选地，所述出口气流腔包括贯穿于所述出口气流腔底部和所述第一换热腔顶部的气体出口管。 [0019] 优选地，所述气体出口管不少于2个，且均匀布置，例如2个、3个、4个、5个、6个、7个或8个等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。 [0020] 优选地，所述入口气流腔包括设置于内部的均流板以及贯穿于所述入口气流腔顶部和所述第一换热腔底部的气体入口管。 [0021] 优选地，所述均流板不少于3块，例如3块、4块、5块、6块或7块等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。 [0022] 优选地，所述均流板沿气体进入方向呈扇形均匀布置。 [0023] 优选地，所述气体入口管不少于2个，且均匀布置，例如2个、3个、4个、5个、6个、7个或8个等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。 [0024] 优选地，所述入口气流腔呈倒锥状。 [0025] 本发明中，由于入口气流腔呈倒锥状，因此，均流板的布置需适应入口气流腔形状略微倾斜布置，均流板的设置可使气体流量分配更加均匀，有利于后续的均匀换热。 [0026] 优选地，所述入口气流腔的下端连接有气体入口通道。 [0027] 优选地，所述入口气流腔的内壁设置有保温层。 [0028] 优选地，所述气体入口通道的外壁包裹有保温层。 [0029] 本发明中，各个腔室内保温层设置用于防止高温气体在流动过程中的热量散失。 [0030] 作为本发明优选的技术方案，所述第一换热腔的内壁设置有保温层。 [0031] 优选地，所述第一换热腔的侧壁顶端设置有第一换热腔入口。 [0032] 本发明中，释热单元的第一换热腔入口设置在远离第二换热腔的一侧。 [0033] 优选地，所述第一换热腔的侧壁底端设置有第一换热腔出口。 [0035] 优选地，所述第一换热腔内部设置有螺旋轨道。 [0036] 优选地，所述螺旋轨道的升角为5‑30°，例如5°、10°、15°、20°、25°或30°等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。 [0037] 优选地，所述螺旋轨道至少由3条螺旋线组成，例如3条、4条、5条、6条、7条或8条等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。 [0038] 优选地，所述螺旋线通过固定筋固定。 [0039] 优选地，所述螺旋轨道的两端分别与第一换热腔入口和第一换热腔出口对接。 [0040] 优选地，所述螺旋轨道至少为1组，例如1组、2组、3组、4组或5组等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。 [0041] 优选地，所述螺旋轨道大于1组时，组合的方式为沿径向由内至外套设而成。 [0042] 作为本发明优选的技术方案，所述输送管路包括依次连接并连通的储热单元下行竖直管路、下部第一水平管路、释热单元上行竖直管路、释热单元上部水平管路、释热单元下行竖直管路、下部第二水平管路、储热单元上行竖直管路以及储热单元上部水平管路，且所述储热单元上部水平管路与所述储热单元下行竖直管路相连通，各管路之间通过弯管连接，形成循环管路。 [0043] 本发明中，下部的水平管路布置在地面以下，以节省地面空间。 [0044] 优选地，所述储热单元上部水平管路的底部连接有储热单元入口管路，所述储热单元入口管路的另一端与所述储热单元的第一换热腔入口相连。 [0045] 优选地，所述储热单元上部水平管路的底部还设有储热单元入口阀门。 [0046] 优选地，所述储热单元入口管路朝所述第一换热腔的方向向下倾斜，倾斜的角度为5‑30°，例如5°、10°、15°、20°、25°或30°等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。 [0047] 优选地，所述储热单元下行竖直管路的侧壁连接有储热单元出口管路，所述储热单元出口管路的另一端与所述储热单元的第一换热腔出口相连。 [0048] 优选地，所述储热单元出口管路朝所述储热单元下行竖直管路的方向向下倾斜，倾斜的角度为5‑30°，例如5°、10°、15°、20°、25°或30°等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。 [0049] 优选地，所述释热单元上部水平管路的底部连接有释热单元入口管路，所述释热单元入口管路的另一端与所述释热单元的第一换热腔入口相连。 [0050] 优选地，所述释热单元上部水平管路的底部还设有释热单元入口阀门。 [0051] 优选地，所述释热单元入口管路朝所述第一换热腔的方向向下倾斜，倾斜的角度为5‑30°，例如5°、10°、15°、20°、25°或30°等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。 [0052] 优选地，所述释热单元上行竖直管路的侧壁连接有释热单元出口管路，所述释热单元出口管路的另一端与所述释热单元的第一换热腔出口相连。 [0053] 优选地，所述释热单元出口管路朝所述释热单元上行竖直管路的方向向下倾斜，倾斜的角度为5‑30°，例如5°、10°、15°、20°、25°或30°等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。 [0054] 作为本发明优选的技术方案，所述输送管路内部设置有中心输送管以及位于所述中心输送管上下两侧的辅助输送管。 [0055] 优选地，所述辅助输送管内独立地设置有链条。 [0056] 优选地，所述链条上对称套设有导向圆板。 [0057] 本发明中，规定对称设置的导向圆板为一组，所述链条套设有多组导向圆板，并均间隔一定距离。 [0058] 优选地，所述中心输送管内设置有中心圆板，所述中心圆板通过连接板与所述导向圆板连接固定。 [0059] 本发明中，所述连接板贯穿中心管输送管与上下两侧的辅助输送管，将导向圆板与中心圆板相连，中心圆板用于导向并托举储热球。 [0060] 本发明中，通过导向圆板、中心圆板以及连接板的设置，当链条沿着辅助管路内移动时，将会带动导向圆板、中心圆板及连接板共同移动，从而使中心圆板带动位于中心输送管内的各个储热球进行移动。 [0061] 作为本发明优选的技术方案，所述链条传动机构设置于每段弯管的内侧。 [0063] 优选地，所述齿轮的齿牙穿过所述链条的O型圈进行配合。 [0064] 本发明中，齿轮上的齿牙可以穿过链条的各节O型圈内，当发动机带动位于中心轴上的齿轮转动时，齿轮的转动将最终带动中心圆板沿着输送管路的内部移动，起到导向或托举位于中心输送管内各个储热球的作用，实现对各个储热球的输送。 [0065] 作为本发明优选的技术方案，所述释热单元的出口气流腔内壁有保温层。 [0066] 优选地，所述释热单元的出口气流腔与所述第二换热腔相连通。 [0067] 优选地，所述第二换热腔内设置有分隔板和换热管。 [0068] 优选地，所述分隔板为设置于所述第二换热腔顶端中部的竖直隔板时，将所述第二换热腔内部分隔为U形腔室。 [0069] 优选地，所述U形腔室内设置有贯穿于所述第二换热腔顶端的U形管。 [0070] 优选地，所述分隔板为沿水平方向、上下交错设置于所述第二换热腔侧壁的水平隔板时，将所述第二换热腔内部分隔为蛇形腔室。 [0071] 本发明中，换热管的形态并不作具体限定，当第二换热腔被分隔成U型腔室，换热管可设置为相适应的U型管，也可设置为蛇形管；当第二换热腔被分隔成蛇形腔室时，换热管可设置为相适应的蛇形管。 [0072] 优选地，所述蛇形腔室内设置有与所述水平隔板相适应的蛇形管。 [0073] 优选地，所述第二换热腔远离所述第一换热腔一侧的侧壁顶端设置有释热单元气体出口。 [0074] 优选地，所述第二换热腔内壁设置有保温层。 [0075] 作为本发明优选的技术方案，所述储热球上设置有贯通的圆柱状通道。 [0076] 本发明中，圆柱通道的设置可增加气体与储热球的接触面积，强化及加速气流与储热球之间的热交换过程；将储热球置于螺旋轨道上时，储热球受重力作用，将沿着螺旋轨道向下螺旋滚动，并最终由上至下，将各储热球填充满螺旋轨道；同时，在相邻各储热球间所形成的间隔空间，将形成大小不一的气流通道，促进气体产生的紊流，进一步促进气体与储热球间的充分接触，促进换热过程。 [0077] 作为本发明优选的技术方案，所述储热球内填充有储热材料。 [0078] 优选地，所述储热材料包括相变材料和/或热化学材料。 [0081] 本发明中，储热材料不仅限于上述材料，还可包括其他储能密度较大的材料。 [0082] 另一方面，本发明提供了一种上述的储热输热系统的运行方法，所述运行方法包括以下步骤： [0083] (1)向储热单元的第一换热腔内填充储热球；来自工业系统的300～1100℃的气体通过储热单元第一换热腔底端的气流腔进入到第一换热腔内，与储热球进行换热，换热后的气体通过储热单元第一换热腔顶端的气流腔排出； [0084] (2)启动链条传动机构，将步骤(1)中储热后的储热球通过输送管路运送到释热单元内； [0085] (3)‑10～30℃的空气通过释热单元第一换热腔底端的气流腔进入到第一换热腔内，与储热球进行一次换热；换热后的空气温度升高到250～1050℃，然后通过释热单元第一换热腔顶端的气流腔进入到第二换热腔进行二次换热，经过二次换热后的空气排出进行后续利用； [0086] (4)步骤(3)中经一次换热后的储热球再通过链条传动机构和输送管路运送回储热单元，进行步骤(1)的储热操作，实现循环。 [0087] 更具体地，所述运行方法还包括以下步骤： [0088] 运行过程一：当储热单元内部各层储热球与高温气体达到或接近热平衡后，完成储热球的充热过程；然后需将储热球输送到释热单元进行释热，输送过程包括依次进行的如下操作：a)保持储热单元入口阀门及释热单元的第一换热腔出口阀门关闭； [0089] b)同时开启储热单元的第一换热腔出口阀门和释热单元入口阀门，并同时启动各个链条传动机构内的发动机，使输送管路内的链条及中心圆板沿着输送管路内部运动； [0090] c)位于储热单元第一换热腔内的各储热球未有储热单元第一换热腔出口阀门的阻挡，将受重力作用，沿着位于储热单元第一换热腔内部的螺旋轨道向下滚动，并滚动进入储热单元出口管路内，而后沿着下倾的储热单元出口管路进入到储热单元下行竖直管路内； [0091] d)在充热后的各储热球与储热单元下行竖直管路内的中心圆板相遇后，在中心圆板的推动和托举作用下，将充热后的各储热球依次沿着储热单元下行竖直管路、下部第一水平管路、释热单元上行竖直管路、释热单元上部水平管路运动，并在释热单元上部水平管路与释热单元入口管路相连通处，各储热球受重力作用，下落到释热单元入口管路内，并最终由位于释热单元的第一换热腔入口进入到螺旋轨道内；各储热球受重力作用，沿着螺旋轨道滚动，并有序填充进入螺旋轨道，而后进行各储热球的释热过程； [0092] 运行过程二：当释热单元内部各层储热球与周围气体进行热交换，完成释热过程后，需将储热球输送回储热单元进行储热，该输送过程包括依次进行的如下操作： [0093] a)保持释热单元入口阀门及储热单元的第一换热腔出口阀门关闭； [0094] b)同时开启储热单元入口阀门和释热单元的第一换热腔出口阀门，并同时启动各个链条传动机构内的发动机，使输送管路内的链条及中心圆板沿着输送管路内部运动； [0095] c)位于释热单元第一换热腔内的各储热球未有释热单元第一换热腔出口阀门的阻挡，将受重力作用，沿着位于释热单元第一换热腔内部的螺旋轨道向下滚动，并滚动进入释热单元出口管路内，而后沿着下倾的释热单元出口管路进入到释热单元上行竖直管路内； [0096] d)在释热后的各储热球与释热单元上行竖直管路内运动的中心圆板相遇后，在中心圆板的推动和托举作用下，将释热后的各储热球依次沿着上行竖直管路、释热单元上部水平管路、释热单元下行竖直管路、下部第二水平管路、储热单元上行竖直管路以及储热单元上部水平管路运动，并在储热单元上部水平管路与储热单元入口管路相连通处，各储热球受重力作用，下落进入到储热单元入口管路内，并最终由位于储热单元第一换热腔内部的螺旋轨道上部的入口进入到螺旋轨道内，各储热球受重力作用，沿着螺旋轨道滚动，并有序填充进入螺旋轨道，而后进行各储热球的充热过程； [0097] 通过上述步骤，实现对储热单元内各根储热球的快速填充。 [0098] 而后循环以上运行过程，实现对各储热球的短距离连续快速移动储热及释热过程。 [0099] 进一步地，本发明也可同时进行运行过程一以及运行过程二，实现在将储热单元内充热后的储热球卸载并运输至释热单元的同时，将释热单元内释热后的储热球卸载并运输至储热单元，从而加快各储热球的充热及释热效率，提高热能的循环利用率。同时运行时，要求储热单元内所有储热球直径与释热单元内所有储热球直径之和小于输送管路的总长度。 [0100] 优选地，输送管路的总长度至少为储热单元内所有储热球直径与释热单元内所有储热球直径之和的1.3倍，例如1.3倍、1.4倍、1.5倍、1.6倍或1.7倍等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。 [0101] 单独进行运行过程一或运行过程二时，整个储热输热系统中仅有储热单元或释热单元充满储热球；而当两个运行过程同时进行时，储热单元和释热单元均填满储热球，因此，要求输送管路的总长度需大于所有储热球的直径之和。 [0102] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果： [0103] (1)本发明所述储热输热系统采用储热球作为储热元件，将输送单元直接连通储热单元及释热单元，并通过输送管路，实现将储热单元内充热后的储热球卸载并运输至释热单元的同时，将释热单元内释热后的储热球卸载并运输至储热单元，从而加快各储热球的充热及释热效率，提高了移动储热系统的日储释热循环利用率； [0104] (2)本发明所述储热输热系统在储热单元及释热单元内，采用具有滚动优势的球形储热元件及螺旋轨道，借助重力效果，使各储热球沿着螺旋轨道自由下落，实现将储热球快速有序的填充入储热单元及释热单元内，进一步提高了移动储热系统的储热及释热效率； [0105] (3)本发明所述储热输热系统除初始投资及运行费用外，无需采用传统移动储热系统的储热车辆进行热量运输，避免了传统储热车辆的高额运行费用及驾驶人员成本，提高了移动储热的综合经济性； [0106] (4)在区域内存在多处储热及释热需求时，本发明所述储热输热系统可基于输送管路，建立输送管网，接入多个储热单元及多个释热单元，并结合智能控制及寻优方法，实现对特定区域或厂区内的余废热进行优化调度及系统利用。附图说明 [0107] 图1是本发明实施例1提供的储热球短距离储热输热系统的结构示意图； [0108] 图2是本发明实施例1提供的储热球短距离储热输热系统中螺旋轨道的立体结构示意图； [0109] 图3是本发明实施例1提供的储热球短距离储热输热系统中螺旋轨道及储热球的俯视结构示意图； [0110] 图4是本发明实施例1提供的储热球短距离储热输热系统中输送管路的内部结构示意图； [0111] 图5是本发明实施例1提供的储热球短距离储热输热系统中输送管路的弯管内部结构及链条传动机构的结构示意图； [0112] 图6是本发明实施例1提供的储热球短距离储热输热系统中输送管路的弯管及链条传动机构的立体结构示意图； [0113] 图7是本发明实施例1提供的储热球短距离储热输热系统中储热球的结构示意图； [0114] 图8是本发明实施例1提供的将储热后的储热球由储热单元运输至释热单元的过程示意图； [0115] 图9是本发明实施例1提供的储热球短距离储热输热系统中的将释热后的储热球由释热单元运输至储热单元的过程示意图； [0116] 图10是本发明实施例2提供的同时将释热后的储热球由释热单元运输至储热单元及将储热后的储热球由储热单元运输至释热单元的过程示意图； [0117] 图11是本发明实施例3提供的在储热球输送管网内接入多个储热单元及多个释热单元的布置示意图。 [0118] 其中，1‑储热单元，2‑输送单元，3‑释热单元，4‑储热球，5‑第一换热腔，6‑出口气流腔，7‑气体出口管，8‑入口气流腔，9‑气体入口管，10‑均流板，11‑气体入口通道，12‑保温层，13‑第一换热腔入口，14‑第一换热腔出口，15‑第一换热腔出口阀门，16‑螺旋轨道，17‑螺旋线，18‑固定筋，19‑储热单元下行竖直管路，20‑下部第一水平管路，21‑释热单元上行竖直管路，22‑释热单元上部水平管路，23‑释热单元下行竖直管路，24‑下部第二水平管路，25‑储热单元上行竖直管路，26‑储热单元上部水平管路，27‑弯管，28‑储热单元入口管路， 29‑储热单元入口阀门，30‑储热单元出口管路，31‑释热单元入口管路，32‑释热单元入口阀门，33‑释热单元出口管路，34‑中心输送管，35‑辅助输送管，36‑链条，37‑导向圆板，38‑中心圆板，39‑连接板，40‑链条传动机构，41‑发动机，42‑中心轴，43‑齿轮，44‑第二换热腔， 45‑分隔板，46‑换热管，47‑释热单元气体出口，48‑圆柱状通道，49‑地面。 具体实施方式[0120] 以下为本发明典型但非限制性实施例： [0121] 实施例1： [0122] 本实施例提供了一种储热球短距离储热输热系统及其运行方法，所述储热输热系统的结构示意图如图1所示。 [0123] 所述储热输热系统包括1个储热单元1、输送单元2、1个释热单元3以及储热球4；所述储热单元1和释热单元3通过所述输送单元2相连； [0124] 所述储热单元1包括第一换热腔5以及设置于所述第一换热腔5顶端的出口气流腔6和设置于所述第一换热腔5底端的入口气流腔8； [0125] 所述输送单元2包括输送管路和链条传动机构40； [0126] 所述释热单元3包括并列设置的第一换热腔5与第二换热腔44以及设置于所述第一换热腔5顶端的出口气流腔6和设置于所述第一换热腔5底端的入口气流腔8； [0127] 所述第一换热腔5用于存储储热球4。 [0128] 所述出口气流腔6包括贯穿于所述出口气流腔6底部和所述第一换热腔5顶部的7个气体出口管7；所述入口气流腔8包括设置于内部的7块均流板10以及贯穿于所述入口气流腔8顶部和所述第一换热腔5底部的7个气体入口管9；所述入口气流腔8呈倒锥状，7块均流板10沿气体进入方向呈扇形均匀布置；所述入口气流腔8的下端连接有气体入口通道11；所述入口气流腔8的内壁以及气体入口通道11的外壁设置有保温层12。 [0129] 所述第一换热腔5的内壁设置有保温层12；所述第一换热腔5的侧壁顶端设置有第一换热腔入口13，侧壁底端设置有第一换热腔出口14；所述第一换热腔出口14出设置有第一换热腔出口阀门15；所述第一换热腔5内部设置有1组升角为15°的螺旋轨道16；所述螺旋轨道16由3条螺旋线17组成，并通过固定筋18固定；所述螺旋轨道16的两端分别与第一换热腔入口13和第一换热腔出口14对接。其中，螺旋轨道16的立体结构示意图如图2所示，螺旋轨道16以及储热球4的俯视结构示意图如图3所示。 [0130] 所述输送管路包括依次连接并连通的储热单元下行竖直管路19、下部第一水平管路20、释热单元上行竖直管路21、释热单元上部水平管路22、释热单元下行竖直管路23、下部第二水平管路24、储热单元上行竖直管路25以及储热单元上部水平管路26，且所述储热单元上部水平管路26与所述储热单元下行竖直管路19相连通，各管路之间通过弯管27连接，形成循环管路；所述下部第一水平管路20与下部第二水平管路24均埋于地面49之下； [0131] 所述储热单元上部水平管路26的底部连接有储热单元入口管路28，所述储热单元入口管路28的另一端与所述储热单元1的第一换热腔入口13相连，且所述储热单元入口管路28朝所述第一换热腔5的方向向下倾斜15°；所述储热单元上部水平管路26的底部还设有储热单元入口阀门29； [0132] 所述储热单元下行竖直管路19的侧壁连接有储热单元出口管路30，所述储热单元出口管路30的另一端与所述储热单元1的第一换热腔出口14相连，且所述储热单元出口管路30朝所述储热单元下行竖直管路19的方向向下倾斜15°； [0133] 所述释热单元上部水平管路22的底部连接有释热单元入口管路31，所述释热单元入口管路31的另一端与所述释热单元3的第一换热腔入口13相连，且所述释热单元入口管路31朝所述第一换热腔5的方向向下倾斜15°；所述释热单元上部水平管路22的底部还设有释热单元入口阀门32； [0134] 所述释热单元上行竖直管路21的侧壁连接有释热单元出口管路33，所述释热单元出口管路33的另一端与所述释热单元3的第一换热腔出口14相连，且所述释热单元出口管路33朝所述释热单元上行竖直管路21的方向向下倾斜15°。 [0135] 所述输送管路内部设置有中心输送管34以及位于所述中心输送管34上下两侧的辅助输送管35；所述辅助输送管35内独立地设置有链条36；所述链条36上对称套设有导向圆板37；所述中心输送管34内设置有中心圆板38，所述中心圆板38通过连接板39与所述导向圆板37连接固定。其中，输送管路的内部结构示意图如图4所示。 [0136] 所述链条传动机构40设置于每段弯管27的内侧；所述链条传动机构40包括同轴设置的发动机41、中心轴42以及齿轮43；所述齿轮43的齿牙穿过所述链条36的O型圈进行配合。其中，所述弯管27内部结构及链条传动机构40的结构示意图如图5所示，所述弯管27及链条传动机构40的立体结构示意图如图6所示。 [0137] 所述释热单元3的出口气流腔6内壁有保温层12；所述释热单元3的出口气流腔6与所述第二换热腔44相连通；所述第二换热腔44内设置有分隔板45和换热管46；所述分隔板45为设置于所述第二换热腔44顶端中部的竖直隔板，将所述第二换热腔44内部分隔为U形腔室；所述换热管46为蛇形管，蛇形管的两端贯穿过所述第二换热腔44的同一侧壁；所述第二换热腔44远离所述第一换热腔5一侧的侧壁顶端设置有释热单元气体出口47；所述第二换热腔44内壁设置有保温层12。 [0138] 所述储热球4上设置有贯通的圆柱状通道48；且所述储热球4内填充有石蜡。所述储热球4的结构示意图如图7所示。 [0139] 上述储热输热系统的运行方法包括以下步骤： [0140] (1)向储热单元1的第一换热腔5内填充储热球4；来自工业系统的1100℃的气体通过储热单元1的入口气流腔8进入到第一换热腔5内，与储热球4进行换热，换热后的气体通过储热单元1的出口气流腔6排出； [0141] (2)启动链条传动机构40，将步骤(1)中储热后的储热球4通过输送管路运送到释热单元3内；其中，将储热后的储热球4由储热单元1运输至释热单元3的过程示意图如图8所示； [0142] (3)10℃的空气通过释热单元3的入口气流腔8进入到第一换热腔5内，与储热球4进行一次换热；换热后的空气温度升高到580℃，然后通过释热单元3的出口气流腔6进入到第二换热腔44进行二次换热，经过二次换热后的空气排出进行后续利用； [0143] (4)步骤(3)中经一次换热后的储热球4再通过链条传动机构40和输送管路运送回储热单元1，进行步骤(1)的储热操作，实现循环。其中，将释热后的储热球4由释热单元3运输至储热单元1的过程示意图如图9所示。 [0144] 实施例2： [0145] 本实施例提供了一种储热球短距离储热输热系统及其运行方法，所述储热输热系统的参照实施例1中的储热输热系统，区别在于： [0146] ①所述储热输热系统包括1个储热单元1、输送单元2、1个释热单元3以及储热球4；其中，储热单元1、输送单元2以及释热单元3的连接示意图如图11所示； [0147] ②储热单元1和释热单元3中的螺旋轨道16的升角均为5°，同时，储热单元入口管路28和储热单元出口管路30的倾斜角度为5°，释热单元入口管路31以及释热单元出口管路33的倾斜角度同样为5°； [0148] ③输送管路的总长度为储热单元1内所有储热球4直径与释热单元3内所有储热球4直径之和的1.5倍。 [0149] 所述运行方法包括以下步骤： [0150] 基于储热单元1中已填满释热后的储热球4，释热单元3已填满储热后的储热球4；因此，需同时对储热单元1中的储热球4进行充热以及与释热单元3中的储热球4进行放热，然后交换储热球4； [0151] (1)来自工业系统的600℃的气体通过储热单元1的入口气流腔8进入到第一换热腔5内，对储热球4进行充热，经换热后的气体通过储热单元1的出口气流腔6排出； [0152] 同时，将10℃的空气通过释热单元3的入口气流腔8进入到第一换热腔5内，与储热球4进行一次换热；换热后的空气温度升高到380℃，然后通过释热单元3的出口气流腔6进入到第二换热腔44进行二次换热，经过二次换热后的空气排出进行后续利用； [0153] (2)启动链条传动机构40，将步骤(1)储热单元1中储热后的储热球4以及释热单元3中释热后的储热球4通过输送管路相互交换，再次进行充热与释热过程，实现循环。其中，同时将释热后的储热球4由释热单元3运输至储热单元1及将储热后的储热球4由储热单元1运输至释热单元3的过程示意图如图10所示。 [0154] 实施例3： [0155] 本实施例提供了一种储热球短距离储热输热系统及其运行方法，所述储热输热系统的参照实施例1中的储热输热系统，区别在于： [0156] ①所述储热输热系统包括4个储热单元1、输送单元2、4个释热单元3以及储热球4；其中，储热单元1、输送单元2以及释热单元3的连接示意图如图11所示； [0157] ②储热单元1和释热单元3中的螺旋轨道16的升角均为30°，同时，储热单元入口管路28和储热单元出口管路30的倾斜角度为30°，释热单元入口管路31以及释热单元出口管路33的倾斜角度同样为30°。 [0158] 所述运行方法参照实施例1中的运行方法，区别在于：步骤(1)的工业气体温度为800℃；步骤(3)中采用‑10℃的空气进行一次换热，一次换热后的空气温度达510℃。 [0159] 综合上述实施例可以看出，本发明所述储热输热系统采用储热球作为储热元件，将输送单元直接连通储热单元及释热单元，并通过输送管路，实现将储热单元内充热后的储热球卸载并运输至释热单元的同时，将释热单元内释热后的储热球卸载并运输至储热单元，从而加快各储热球的充热及释热效率，提高了移动储热系统的日储释热循环利用率；所述储热输热系统在储热单元及释热单元内，采用具有滚动优势的球形储热元件及螺旋轨道，借助重力效果，使各储热球沿着螺旋轨道自由下落，实现将储热球快速有序的填充入储热单元及释热单元内，进一步提高了移动储热系统的储热及释热效率；所述储热输热系统除初始投资及运行费用外，无需采用传统移动储热系统的储热车辆进行热量运输，避免了传统储热车辆的高额运行费用及驾驶人员成本，提高了移动储热的综合经济性；在区域内存在多处储热及释热需求时，所述储热输热系统可基于输送管路，建立输送管网，接入多个储热单元及多个释热单元，并结合智能控制及寻优方法，实现对特定区域或厂区内的余废热进行优化调度及系统利用。 |
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