阅读说明：本技术 一种用于测量储热罐斜温层高度的方法及系统 (Method and system for measuring height of thermocline of heat storage tank ) 是由 吴德春 周旭哲 李建朋 张翼彩 于 2019-08-20 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于测量储热罐斜温层高度的方法及系统,其中该系统包括储热罐及计算装置,储热罐包括储热罐罐体,储热罐罐体内部的热水空间及冷水空间分别布置有上部布水器及下部布水器；沿储热罐罐体高度方向设有多个温度测点,每个温度测点布置一个测温元件,用于测取不同标高液体的温度；热水空间与冷水空间在交界面形成斜温层；上部布水器及下部布水器分别连接有热水管道和冷水管道,热水管道和/或冷水管道安装有流量计；计算装置用于基于获取的斜温层通过温度测点的时间及对应流量,连续计算斜温层经过各个温度测点时的厚度。本发明能够准确测量斜温层高度,提供储热罐指标计算和性能考核依据。(The invention relates to a method and a system for measuring the height of a thermocline of a heat storage tank, wherein the system comprises the heat storage tank and a computing device, the heat storage tank comprises a heat storage tank body, and a hot water space and a cold water space in the heat storage tank body are respectively provided with an upper water distributor and a lower water distributor; a plurality of temperature measuring points are arranged along the height direction of the heat storage tank body, and each temperature measuring point is provided with a temperature measuring element for measuring the temperature of liquid with different elevations; the hot water space and the cold water space form a temperature gradient layer at an interface; the upper water distributor and the lower water distributor are respectively connected with a hot water pipeline and a cold water pipeline, and the hot water pipeline and/or the cold water pipeline are/is provided with a flowmeter; and the calculating device is used for continuously calculating the thickness of the thermocline passing through each temperature measuring point based on the acquired time and the corresponding flow rate of the thermocline passing through the temperature measuring points. The invention can accurately measure the height of the thermocline and provide index calculation and performance assessment basis for the heat storage tank.)

一种用于测量储热罐斜温层高度的方法及系统

技术领域

本发明属于储热罐斜温层测量技术领域，尤其涉及一种用于测量储热罐斜温层高度的方法及系统。

背景技术

储热技术旨在解决能量供求双方在时间和空间上因不匹配产生的矛盾，通过储热装置在能量富余阶段存储，在能量短缺时段释放，降低能量产生系统因外界负荷需求引起的波动，提高能源利用效率，是减轻环境污染的一种重要技术。储热系统在太阳能存储、电力调峰、废热和余热的回收利用以及工业与民用建筑和空调的节能等领域进行了广泛的应用。

热水储热罐的主要原理是利用水的显热来储存热量，以及不同温度下水的分层特性，即温度高时，热水密度小，在浮力作用下处于储热罐上部区域；温度低的冷水由于密度大处于储热罐下部区域，从而实现了冷热水的自然分层，稳定的斜温层阻止下部的冷水和上部的热水相互混和。通过应用储热罐，在外界热负荷较低时，将多余、暂时不需要的能量储存在特定的蓄热装置中，当外界热负荷较高，供热装置输出不足时，释放储存能量。

由于储热罐内冷热水在交界面形成斜温层，斜温层厚度直接影响储热罐有效容积，若斜温层过大，必然降低储热罐储热量和放热量。而斜温层在储热罐使用过程随时间不断移动，厚度也发生变化，常规测量工具和手段无法对其进行准确测量。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于测量储热罐斜温层高度的方法及系统，以实现对热水储热罐的储热及放热过程中，斜温层厚度在线跟踪测量，提供性能计算依据，并为储放热过程流量、温度控制提供参考。

本发明提供了一种用于测量储热罐斜温层高度的方法，包括：

基于储热罐斜温层通过温度测点的时间及对应流量，连续计算斜温层经过各个温度测点时的厚度，计算公式如下：

式中：h_n斜温层通过第n个温度测点厚度，单位为m；

Q_n为斜温层通过第n个温度测点流量，单位为m3/h；

Δt为斜温层通过第n个温度测点时间，单位为s；

r为储热罐半径，单位为m。

本发明还提供了一种用于测量储热罐斜温层高度的系统，包括储热罐及计算装置，储热罐包括储热罐罐体，储热罐罐体内部的热水空间及冷水空间分别布置有上部布水器及下部布水器，上部布水器及下部布水器用于将传输的液体均匀喷洒在上部布水器及下部布水器所在标高；沿储热罐罐体高度方向设有多个温度测点，每个温度测点布置一个测温元件，用于测取不同标高液体的温度；

热水空间处于储热罐罐体上部区域，冷水空间处于储热罐罐体下部区域，热水空间与冷水空间在交界面形成斜温层；上部布水器及下部布水器分别连接有热水管道和冷水管道，热水管道和/或冷水管道安装有流量计；

计算装置用于基于获取的斜温层通过温度测点的时间及对应流量，连续计算斜温层经过各个温度测点时的厚度，计算公式如下：

式中：h_n为斜温层通过第n个温度测点厚度，单位为m；

Q_n为斜温层通过第n个温度测点流量，单位为m3/h；

Δt为斜温层通过第n个温度测点时间，单位为s；

r为储热罐半径，单位为m。

进一步地，在储热阶段，通过热水管道向储热罐罐体内部热水空间补充热水，并由冷水管道将储热罐罐体内部冷水空间的冷水送出；在放热阶段，将储热罐罐体内部热水空间的热水送至热水管道，并通过冷水管道向储热罐罐体内部冷水空间补充冷水。

进一步地，热水管道和冷水管道上装有循环泵及旁路阀，循环泵及旁路阀用于在储热罐储热或放热时段调节进出储热罐罐体冷热水的流量，使进出储热罐罐体的冷水与热水流量一致，以维持储热罐罐体内部液位不变。

进一步地，测温元件沿储热罐罐体高度方向垂直布置或螺旋布置。

进一步地，储热罐罐体顶部设有蒸汽或氮气稳压装置。

进一步地，储热罐罐体上部设有溢流口。

进一步地，储热罐罐体顶部设有呼吸阀。

借由上述方案，通过用于测量储热罐斜温层高度的方法及系统，能够准确测量斜温层高度，提供储热罐指标计算和性能考核依据。通过连续测量斜温层高度变化趋势，及时调整储热系统运行参数，能够避免斜温层增大导致有效容积降低，提高设备利用率。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1为本发明用于测量储热罐斜温层高度的系统的结构示意图。

图中标号：

1-储热罐罐体；2-上部布水器；3-热水空间；4-斜温层；5-测温元件；6-下部布水器；7-冷水空间；8-流量计；9-循环泵；10-旁路阀；11-冷水管道；12-热水管道。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本实施例提供了一种用于测量储热罐斜温层高度的方法，包括：

基于储热罐斜温层通过温度测点的时间及对应流量，连续计算斜温层经过各个温度测点时的厚度，计算公式如下：

式中：h_n斜温层通过第n个温度测点厚度，单位为m；

Q_n为斜温层通过第n个温度测点流量，单位为m3/h；

Δt为斜温层通过第n个温度测点时间，单位为s；

r为储热罐半径，单位为m。

通过本实施例提供的测量储热罐斜温层高度的方法，能够测量斜温层厚度，提供储热罐指标计算和性能考核依据。通过连续测量斜温层厚度变化趋势，及时调整储热系统运行参数，能够避免斜温层厚度增大导致有效容积降低，提高设备利用率。

参图1所示，用于测量储热罐斜温层高度的系统，包括储热罐及计算装置，储热罐包括储热罐罐体1，储热罐罐体1内部的热水空间3及冷水空间7分别布置有上部布水器2及下部布水器6，上部布水器2及下部布水器6用于将传输的液体均匀喷洒在上部布水器2及下部布水器6所在标高，不引起液面较大波动；沿储热罐罐体1高度方向设有多个温度测点，每个温度测点布置一个测温元件6，用于测取不同标高液体的温度。

热水空间3处于储热罐罐体1上部区域，冷水空间7处于储热罐罐体1下部区域，热水空间3与冷水空间7在交界面形成斜温层4(储热罐内热水处于上部区域，冷水处于下部区域，运行期间冷热水自然分层，并在交界面形成斜温层)，随储热系统运行，热水空间3与冷水空间7体积发生变化，斜温层4在储热罐罐体1高度方向移动；上部布水器2及下部布水器6分别连接有热水管道11和冷水管道12，热水管道11和/或冷水管道12安装有流量计8。流量计8可以准确测量冷水或热水流量。流量计8可根据工程实际情况安装在冷水管道11或热水管道12上，或同时安装在冷水管道11和热水管道12上，作为储热罐液位辅助控制手段。上部布水器2和下部布水器6能够保证冷热水在罐体内以层流状态上下移动，使得热水和冷水较好地隔离，避免斜温层较高，影响罐体效率。

计算装置用于基于获取的斜温层通过温度测点的时间及对应流量，连续计算斜温层经过各个温度测点时的厚度，计算公式如下：

式中：h_n为斜温层通过第n个温度测点厚度，单位为m；

Q_n为斜温层通过第n个温度测点流量，单位为m3/h；

Δt为斜温层通过第n个温度测点时间，单位为s；

r为储热罐半径，单位为m。

通过该用于测量储热罐斜温层高度的系统，能够测量斜温层厚度，提供储热罐指标计算和性能考核依据。通过连续测量斜温层厚度变化趋势，及时调整储热系统运行参数，能够避免斜温层厚度增大导致有效容积降低，提高设备利用率。

在本实施例中，在储热阶段，通过热水管道11向储热罐罐体1内部热水空间3补充热水，并由冷水管道12将储热罐罐体1内部冷水空间7的冷水送出；在放热阶段，将储热罐罐体1内部热水空间3的热水送至热水管道11，并通过冷水管道12向储热罐罐体1内部冷水空间7补充冷水。

在本实施例中，热水管道11和冷水管道12上装有循环泵9及旁路阀10，储热或放热期间，使用一侧管道循环泵搭配另一侧管道旁路阀使用，罐体介质传输动力由循环泵9提供，并通过另一侧旁路阀10补水。在储热罐储热或放热时段，通过控制循环泵9流量及旁路阀10开度，调节进出储热罐罐体1冷热水的流量，使进出储热罐罐体1的冷水与热水流量一致，以维持储热罐罐体1内部液位(水容积)不变。

在本实施例中，测温元件5沿储热罐罐体1高度方向垂直布置或螺旋布置，均匀布置或不均匀布置。

在本实施例中，储热罐罐体1顶部设有蒸汽或氮气稳压装置，保证罐体顶部微正压，避免外界空气进入罐体对罐体产生腐蚀。

在本实施例中，储热罐罐体1上部设有溢流口，防止罐体内液体液位过高。

在本实施例中，储热罐罐体1顶部设有呼吸阀，防止罐体内部出现较大正压或负压损坏罐体。

本实施例提供的用于测量储热罐斜温层高度的方法及系统具有如下技术效果：

1)解决了传统方法难以在储热罐运行期间，斜温层发生移动情况下液体高度测量的问题；

2)其输出结果可以作为储热设备及系统考核依据；

3)可以通过斜温层厚度变化趋势，及时调整储热罐进出水流量、水温等参数，避免储热罐有效空间降低。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。