一种热化学储能及热能管理系统与管理方法

专利2025-12-14  3


本技术涉及热能管理利用技术的领域,尤其是涉及一种热化学储能及热能管理系统与管理方法。


背景技术:

1、高原山岭隧道是指修建在高原地区山体中的隧道,这些隧道面临的挑战包括高海拔、冻土、低气压、极寒气候、复杂地质结构等特殊条件。当前,高原山岭隧道在交通运输、资源开发等领域扮演着至关重要的角色。

2、在高山和高原地区,直接修建道路或铁路会遇到极大的地形挑战,如陡峭的山坡、深谷和不稳定地质。隧道能够穿越这些障碍,使得路线更加直接和平坦,缩短旅行距离,提高运输效率。

3、如图1所示,高原山岭隧道为一个直线或者略微有些弯曲的通道,其两端由于和外部寒冷的天气以及恶劣的环境直接接触,故两端为低温段,中间的部分经常通过车辆,而车辆在行驶过程中产生大量的热量,故中间为高温段。

4、现有技术中存在以下问题,由于隧道是一个仅有两端开口的通道,两侧的土壤相当于保温袋,使得大量的热量在隧道内的高温段堆积,容易造成能源的浪费,尚有改进的空间。


技术实现思路

1、为了改善大量的热量在隧道内的高温段堆积,容易造成能源的浪费的问题,本技术提供一种热化学储能及热能管理系统与管理方法。

2、第一方面,本技术提供一种热化学储能及热能管理系统,采用如下的技术方案:

3、一种热化学储能及热能管理系统,包括:

4、热化学吸附模块,设置于隧道的高温段的壁面上或者设置于隧道的通风管道内,以将隧道内产生的热能吸附存储;

5、热能输送模块,包括热能输送管道,所述热能输送管道沿隧道的长度方向布置,所述热能输送管道的一端和热化学吸附模块连通,所述热能输送管道的另一端延伸至隧道的低温段;以及

6、功能模块,用于将热能输送模块输送的热能进行利用,所述功能模块包括

7、除冰子单元,所述除冰子单元包括喷射器、温度控制阀和喷嘴,所述喷射器设于热能输送管道靠近隧道的低温段的一端且和热能输送管道连通,以接收热能;所述温度控制阀设置于喷射器上,用于控制喷出的热能温度;所述喷嘴,设置于喷射器上,用于将热能喷出;

8、通风单元,所述通风单元设于隧道内且和热能输送管道连接,用于利用热能作为动力源而调整隧道内的空气流动。

9、通过采用上述技术方案,通过吸附模块对隧道内高温段的热能进行吸收,然后传递到低温段进行释放或者当做动力源进行使用,一方面,无需额外的电能进行供应,提高了隧道的运营效率,降低了能源消耗;另一方面,除去了低温段的冰渣且使得隧道内空气流通,有效改善了隧道内外的环境。

10、可选的,还包括:

11、热能升品模块,设于热能输送管道靠近热化学吸附模块的一侧,以将热化学吸附模块上吸收的低品热能转化为高品热能。

12、通过采用上述技术方案,通过热能升品模块,使得隧道内产生的低品位热能,提升热能品位,实现热能的能量聚集,从而实现热能的精准输送和利用,提高了隧道热能的利用效率。

13、可选的,还包括:

14、监测模块,所述监测模块和热化学吸附模块、功能模块连接,以监测热化学吸附模块的吸附效力和功能模块所处的环境;

15、智能控制模块,和监测模块、功能模块连接,以通过监测模块监控到的参数,自动对功能模块的功能进行调节和使用。

16、通过采用上述技术方案,通过监测模块对热量以及其它功能所处的环境进行监控,一方面,实时监测吸附剂的吸附饱和度、温度及压力,根据监测结果调节吸附与解吸过程,确保高效储能及稳定释放;另一方面,监控洞口的情况,配合智能控制模块实现对除冰效果的精确控制,再者可以监控所有组成部分的运行状态,进行故障诊断及远程控制,确保系统的稳定运行和快速维护。

17、可选的,所述热能输送模块还包括保温层,所述保温层包覆于热能输送管道且基于隧道内产生的热能分布而厚度不同。

18、通过采用上述技术方案,通过保温层厚度进行定制化设计,适应隧道内的地形和气候条件。

19、可选的,还包括:

20、热能回收模块,和热能输送模块连通,用于将多余的热能进行回收;以及

21、备用电源模块,和功能模块连通,用于提供备用能源。

22、通过采用上述技术方案,当高温段所产生的热能足够多时则可以通过热能回收模块进行回收,而当热能不足以提供足够的能量时,则通过备用电源进行供能,提高了整个系统供能的稳定性以及资源的合理利用性。

23、第二方面,本技术提供一种管理方法,采用如下的技术方案:

24、一种管理方法,应用于如上所述的一种热化学储能及热能管理系统,包括:

25、获取吸附饱和度、洞口参数和隧道环境参数;

26、基于吸附饱和度预测供应热能;

27、基于洞口参数确定洞口需求信息;

28、基于隧道环境参数确定内部需求信息;

29、基于供应热能、洞口需求信息和内部需求信息确定备用热能、回收热能和热能分配;

30、控制备用电源模块按备用热能进行供能,热能回收模块按回收热能进行回收,功能模块按热能分配进行分配。

31、通过采用上述技术方案,通过吸附模块对隧道内高温段的热能进行吸收,然后传递到低温段进行释放或者当做动力源进行使用,一方面,无需额外的电能进行供应,提高了隧道的运营效率,降低了能源消耗;另一方面,除去了低温段的冰渣且使得隧道内空气流通,有效改善了隧道内外的环境。

32、可选的,所述洞口参数包括洞口冰雪厚度,所述基于洞口参数确定洞口需求信息的方法包括:

33、基于洞口冰雪厚度确定厚度分布;

34、基于厚度分布确定喷嘴分布和喷嘴朝向;

35、基于洞口冰雪厚度确定喷射温度和喷射速度;

36、基于喷射温度和喷射速度确定单体需求热量;

37、将喷嘴分布、喷嘴朝向和单体需求热量进行整合以得到洞口需求信息。

38、通过采用上述技术方案,通过确定洞口冰雪厚度的位置分布环境参数,自动调整喷射器的工作状态及喷嘴的喷射角度,实现除冰效果的精确控制。

39、可选的,所述洞口参数还包括洞口温度和洞口风速,故还包括对洞口需求信息的修正方法,该方法包括:

40、基于洞口温度和洞口风速确定自然热交换效率;

41、基于自然热交换效率确定额外单体需求热量;

42、基于额外单体需求热量对单体需求热量进行修正以得到实际单体需求热量;

43、基于实际单体需求热量对洞口需求信息进行修正后,仍然作为洞口需求信息进行输出。

44、通过采用上述技术方案,风速影响了洞口的热对流换热效率,如果风速过大,外界冷风与洞口热交换更快,降温幅度就会更大,保证洞口升温的热量消耗也就更大,故考虑外界风速和温度的影响,从而使得整个热量消耗的需求量的计算更加准确,提高了系统供能的准确性。

45、可选的,所述隧道环境参数包括隧道空气质量和隧道整体温度,所述基于隧道环境参数确定内部需求信息的方法包括:

46、基于隧道空气质量和预设的空气标准质量确定质量偏差;

47、基于隧道整体温度和预设的隧道舒适温度确定温度偏差;

48、基于洞口参数、质量偏差和温度偏差确定需求流动速度;

49、获取当前流动速度和当前流动方向;

50、基于需求流动速度和当前流动速度确定额外增加流速;

51、将额外增加流速和当前流动方向进行整合以得到内部需求信息。

52、通过采用上述技术方案,根据隧道内空气质量、热负荷需求及设备运行状态,通过变频调速装置动态调整通风设备的运行速度,确保隧道内空气流动适宜,既促进高温段热能向低温段的有效散发,又满足低温段的加热需求,实现热能的循环利用。

53、可选的,所述隧道环境参数还包括隧道温度分布,所述将更新后的额外增加流速和当前流动方向进行整合以得到内部需求信息的方法包括:

54、基于隧道温度分布确定通风单元编号和通风单元编号对应的通风方向;

55、基于隧道温度分布从预设的控制数据库中查找到对应的通风流速;

56、基于通风流速更新需求流动速度和额外增加流速;

57、基于通风方向更新当前流动方向;

58、将更新后的额外增加流速和当前流动方向进行整合以得到内部需求信息。

59、通过采用上述技术方案,通过有效的合理分段,使得始终保证高温段流向低温段,促进了高温段热能向低温段的有效散发。

60、综上所述,本技术包括以下至少有益技术效果:

61、通过整个系统,无需额外的电能进行供应,提高了隧道的运营效率,降低了能源消耗,除去了低温段的冰渣且使得隧道内空气流通,有效改善了隧道内外的环境;

62、通过热能升品模块,使得隧道内产生的低品位热能,提升热能品位,实现热能的能量聚集,从而实现热能的精准输送和利用,提高了隧道热能的利用效率;

63、通过变频调速装置动态调整通风设备的运行速度,确保隧道内空气流动适宜,既促进高温段热能向低温段的有效散发,又满足低温段的加热需求,实现热能的循环利用。


技术特征:

1.一种热化学储能及热能管理系统,其特征在于,包括:

2.根据权利要求1所述的一种热化学储能及热能管理系统,其特征在于,还包括:

3.根据权利要求2所述的一种热化学储能及热能管理系统,其特征在于,还包括:

4.根据权利要求3所述的一种热化学储能及热能管理系统,其特征在于,所述热能输送模块(2)还包括保温层(22),所述保温层(22)包覆于热能输送管道(21)且基于隧道内产生的热能分布而厚度不同。

5.根据权利要求4所述的一种热化学储能及热能管理系统,其特征在于,还包括:

6.一种管理方法,应用于如权利要求5所述的一种热化学储能及热能管理系统,其特征在于,包括:

7.根据权利要求6所述的一种管理方法,其特征在于,所述洞口参数包括洞口冰雪厚度,所述基于洞口参数确定洞口需求信息的方法包括:

8.根据权利要求7所述的一种管理方法,其特征在于,所述洞口参数还包括洞口温度和洞口风速,故还包括对洞口需求信息的修正方法,该方法包括:

9.根据权利要求6所述的一种管理方法,其特征在于,所述隧道环境参数包括隧道空气质量和隧道整体温度,所述基于隧道环境参数确定内部需求信息的方法包括:

10.根据权利要求9所述的一种管理方法,其特征在于,所述隧道环境参数还包括隧道温度分布,所述将更新后的额外增加流速和当前流动方向进行整合以得到内部需求信息的方法包括:


技术总结
本申请涉及一种热化学储能及热能管理系统与管理方法,涉及热能管理利用技术的领域,其包括热化学吸附模块,设置于隧道的高温段;热能输送模块,包括热能输送管道,热能输送管道的一端和热化学吸附模块连通,热能输送管道的另一端延伸至隧道的低温段;功能模块,功能模块包括除冰子单元,除冰子单元包括喷射器、温度控制阀和喷嘴,喷射器设于热能输送管道靠近隧道的低温段的一端且和热能输送管道连通;温度控制阀设置于喷射器上;喷嘴,设置于喷射器上;通风单元,通风单元设于隧道内且和热能输送管道连接,本申请具有无需额外的电能进行供应,降低了能源消耗,除去了低温段的冰渣且使得隧道内空气流通,有效改善了隧道内外的环境的效果。

技术研发人员:崔宏志,史嘉鑫,包小华,丁辰,杨海宾,陈湘生
受保护的技术使用者:深圳大学
技术研发日:
技术公布日:2024/11/11
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