混合式蓄热与放热一体罐 |
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| 申请号 | CN201911200484.3 | 申请日 | 2019-11-29 | 公开(公告)号 | CN110763065B | 公开(公告)日 | 2024-04-19 |
| 申请人 | 浙江大学; | 发明人 | 刘宝庆; 杨潮; 张子璇; 徐子龙; 王博; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种混合式蓄热与放热一体罐。包括蓄热储罐部件、浸没式蛇管换热器和 相变 换热器部件。蓄热罐体内壁设有上下环形凸台，圆形隔板能沿各自 导轨 在上下环形凸台间滑动；对称布置的抽吸式电加热器从罐体的下侧面接入罐内，抽吸式电加热器分别通过各自抽吸 泵 从罐体上侧面接入罐内，蛇管换热器穿过圆形隔板孔后装在蓄热罐体中心，下面依次同轴装有搅拌器和相变换热器部件，蓄热罐体的上端面与下端面分别设有 传热 介质 注入口和传热介质排出口，罐体内充满熔融盐。本发明具有单位体积的蓄热量和放热量大；相变换热器中采用双螺旋翅片管道， 相变材料 熔化 和 凝固 时间明显缩短，从而减少了蓄热和放热时间；结构紧凑、制造成本低； 工作 温度 范围广。 | ||||||
| 权利要求 | 1.混合式蓄热与放热一体罐，其特征在于：包括蓄热储罐部件、浸没式蛇管换热器(13)和相变换热器部件；蓄热储罐部件：主要由带保温层的蓄热罐体(2)、圆形隔板(4)、多根导轨(5)、与多根导轨相同个数的直线轴承(6)、搅拌器(7)、两台抽吸泵(8)、两根接管(9)、两个抽吸式电加热器(10)、两根外部管道(11)和上下环形凸台(12)组成；同一圆周上均布有多根导轨(5)固定在蓄热罐体(2)上下侧面间，蓄热罐体(2)内壁设有上下环形凸台(12)，圆形隔板(4)分别通过直线轴承(6)能沿各自导轨在上下环形凸台(12)间滑动；两个对称布置的抽吸式电加热器(10)经各自接管(9)从蓄热罐体(2)的下侧面接入罐内，两个抽吸式电加热器(10)分别通过各自抽吸泵(8)和各自外部管道(11)从蓄热罐体(2)上侧面接入罐内，浸没式蛇管换热器(13)穿过圆形隔板(4)孔后装在蓄热罐体(2)中心，浸没式蛇管换热器(13)下面依次同轴装有搅拌器(7)和相变换热器部件，蓄热罐体(2)的上端面与下端面分别设有传热介质注入口(1)和传热介质排出口(21)，蓄热罐体(2)内充满熔融盐(3)，熔融盐(3)在各自抽吸泵(8)作用下进入各自抽吸式加热器(10)进行加热之后，由各自泵体输送到蓄热储罐的上方，形成高温熔融盐区，底部未加热部分则为低温熔融盐区，高温熔融盐区和低温熔融盐区用隔板(4)进行分隔；传热介质注入口(1)与浸没式蛇管换热器(13)入口管道连接，浸没式蛇管换热器(13)出口与相变换热器入口(14)连接。 |
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| 说明书全文 | 混合式蓄热与放热一体罐技术领域[0001] 本发明涉及熔融盐蓄热技术，具体涉及一种混合式蓄热与放热一体罐。 背景技术[0002] 随着社会现代化进程加快，国内供电峰谷差日趋拉大，电力工业的发展和电力供求问题日益突出。电网公司推行峰谷分时电价政策，引导用户多用低谷电，减轻电网的供电压力。用户侧要充分使用低谷电就必须依靠相应的技术、设备。 [0003] 熔融盐蓄能技术是一种“电力削峰填谷”有效的技术手段，它具有成本低、热容高、安全性好等特点。常见的蓄热方式有显热蓄热、相变蓄热、化学蓄热三种。现阶段，采用显热蓄热技术的双罐蓄热系统最为成熟，此系统是把冷罐和热罐分别放置，技术风险低。然而双罐蓄热装置要制造两个储罐，且冷热罐体之间连接管路冗杂，需要驱动泵来输送熔融盐，导致装置的制造费用和运行维护成本高。为解决上述问题，提出了单罐蓄热系统，单罐蓄热系统中热流体在罐顶部，冷流体在罐底部，在蓄热和放热过程中，冷热流体相接触，在接触区形成斜温层，起到热阻的作用，通过斜温层的移动来进行热量的蓄热和释放。与双罐蓄热系统相比，单罐蓄热系统简化了装置，降低了制造运行费用。但是，由于传统单罐系统仅利用显热蓄热方式，依靠蓄热材料的温度变化来进行热量贮存的，蓄热密度小，热量不能长时间储存致使单罐系统单位面积蓄热量和放热量小；传统单罐系统在蓄热过程中利用斜温层将冷热熔融盐分隔开，在实际运行中存在冷热熔融盐的直接接触导致蓄热量减少以及斜温层的厚度难以保持等问题；此外，传统单罐系统中蓄热储罐仅存在蓄热功能，需要在外部设置换热装置，通过管道、驱动泵以及阀门输送熔盐进入换热装置，附件制造费用高。 发明内容[0004] 本发明的目的在于提供一种混合式蓄热与放热一体罐，将显热蓄热方式和相变蓄热方式结合提高整体装置的蓄热量；同时，将原有复杂的蓄热系统简化成一个放热和蓄热的一体化设备。 [0005] 为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是： [0006] 本发明包括蓄热储罐部件、浸没式蛇管换热器和相变换热器部件；蓄热储罐部件：主要由带保温层的蓄热罐体、圆形隔板、多根导轨、与多根导轨相同个数的直线轴承、搅拌器、两台抽吸泵、两根接管、两个抽吸式电加热器、两根外部管道和上下环形凸台组成；同一圆周上均布有多根导轨固定在蓄热罐体上下侧面间，蓄热罐体内壁设有上下环形凸台，圆形隔板分别通过直线轴承能沿各自导轨在上下环形凸台间滑动；两个对称布置的抽吸式电加热器经各自接管从蓄热罐体的下侧面接入罐内，两个抽吸式电加热器分别通过各自抽吸泵和各自外部管道从蓄热罐体上侧面接入罐内，浸没式蛇管换热器穿过圆形隔板孔后装在蓄热罐体中心，浸没式蛇管换热器下面依次同轴装有搅拌器和相变换热器部件，蓄热罐体的上端面与下端面分别设有传热介质注入口和传热介质排出口，蓄热罐体内充满熔融盐，熔融盐在各自抽吸泵作用下进入各自抽吸式加热器进行加热之后，由各自泵体输送到蓄热储罐的上方，形成高温熔融盐区，底部未加热部分则为低温熔融盐区，高温熔融盐区和低温熔融盐区用隔板进行分隔；传热介质注入口与浸没式蛇管换热器入口管道连接，浸没式蛇管换热器出口与相变换热器入口连接。 [0007] 所述相变换热器部件，主要由传热层、相变蓄热材料、相变换热器管道、上侧均流板、下侧均流板和加热棒组成；相变换热器管道和加热棒组成了相变换热器部件的筒体，相变换热器管道的布置方式为多个中心圆均布排布，沿筒体轴线垂直对称分布有四根加热棒，四根加热棒的下端分别固定在蓄热罐体的下侧，相变蓄热材料填充在相变换热器管道的外部，筒体外部焊接有传热层，相变换热器管道上下端分别布置有上侧均流板和下侧均流板，上侧均流板与相变换热器入口连通，下侧均流板与传热介质排出口连通。 [0009] 所述圆形隔板和蓄热罐体的内壁面间隙为3～5mm。 [0010] 所述抽吸式电加热器与接管为法兰连接。 [0011] 本发明具有的有益效果： [0012] 1)单位体积的蓄热量和放热量大。本发明的蓄热过程中，利用谷电的电量启动整个装置的电加热棒，单罐蓄热器内抽吸式电加热棒的热量一部分用于加热蓄热储罐内部的熔融盐，进行显热蓄热；另一部分则由高温熔融盐接触相变换热器外部的传热层将热量传到内部的相变蓄热材料中，同时相变蓄热器内部的加热棒工作，将相变蓄热材料由固态转变为液态用于储存热量，即进行了相变蓄热。本次采用了混合式蓄热方式，将相变蓄热和显热蓄热有效结合。对比传统单罐蓄热器，本发明的热量利用率和放热量都有明显提升。除此之外，蓄热罐体内部增设了可移动的隔板装置，避免了冷热流体大面积接触造成的热量损失，提高了单位体积熔融盐的蓄热量。 [0013] 2)优化了相变换热器流动效果和传热性能。相变换热器中管道采用双螺旋翅片管道，在相同条件下与光管相比，相变材料熔化和凝固时间明显缩短，从而减少了蓄热和放热时间。同时，对于内环肋管，选用内肋间距与内肋高之比等于8，此时管内的流动状况和传热效果最佳。 [0014] 3)结构紧凑、制造成本低。本发明中对比双罐熔融盐蓄热系统和传统单罐系统，减少了蓄热罐体材料的使用量以及简化了管路的复杂性，降低了制造费用。 [0016] 图1是本发明的一种混合式蓄热与放热一体罐的结构剖面图。 [0017] 图2是图1的A‑A视图； [0018] 图3是本发明的相变蓄热器的结构俯视图。 [0019] 图4是本发明的相变蓄热器管道的结构示意图。 [0020] 图中：1、传热介质注入口，2、带保温层的蓄热罐体，3、熔融盐，4、圆形隔板，5、导轨，6、直线轴承，7、搅拌器，8、抽吸泵，9、接管，10、抽吸式电加热器，11、外部管道，12、环形凸台，13、浸没式蛇管换热器，14、相变换热器入口，15、传热层，16、上侧均流板，17、相变蓄热材料，18、相变换热器管道，19、加热棒，20、下侧均流板，21、传热介质排出口。 具体实施方式[0021] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。 [0022] 如图1、图2所示，本发明包括蓄热储罐部件、浸没式蛇管换热器13和相变换热器部件；蓄热储罐部件：主要由带保温层的蓄热罐体2、圆形隔板4、多根导轨5、与多根导轨相同个数的直线轴承6、搅拌器7、两台抽吸泵8、两根接管9、两个抽吸式电加热器10、两根外部管道11和上下环形凸台12组成；同一圆周上均布有多根导轨5固定在蓄热罐体2上下侧面间，蓄热罐体2内壁设有上下环形凸台12，圆形隔板4分别通过直线轴承6能沿各自导轨在上下环形凸台12间滑动；两个对称布置的抽吸式电加热器10经各自接管9从蓄热罐体2的下侧面接入罐内，两个抽吸式电加热器10分别通过各自抽吸泵8和各自外部管道11从蓄热罐体2上侧面接入罐内，浸没式蛇管换热器13穿过圆形隔板4孔后装在蓄热罐体2中心，浸没式蛇管换热器13下面依次同轴装有搅拌器7和相变换热器部件，蓄热罐体2的上端面与下端面分别设有传热介质注入口1和传热介质排出口21，蓄热罐体2内充满熔融盐3，熔融盐3在各自抽吸泵8作用下进入各自抽吸式加热器10进行加热之后，由各自泵体输送到蓄热储罐的上方，形成高温熔融盐区，底部未加热部分则为低温熔融盐区，高温熔融盐区和低温熔融盐区用隔板4进行分隔；传热介质注入口1与浸没式蛇管换热器13入口管道连接，浸没式蛇管换热器13出口与相变换热器入口14连接。 [0023] 如图2、图3、图4所示，所述相变换热器部件，主要由传热层15、相变蓄热材料17、相变换热器管道18、上侧均流板16、下侧均流板20和加热棒19组成；相变换热器管道18和加热棒19组成了相变换热器部件的筒体，相变换热器管道18的布置方式为多个中心圆均布排布，沿筒体轴线垂直对称分布有四根加热棒19，四根加热棒19的下端分别固定在蓄热罐体2的下侧，相变蓄热材料17填充在相变换热器管道18的外部，筒体外部焊接有传热层15，相变换热器管道上下端分别布置有上侧均流板16和下侧均流板20，上侧均流板16与相变换热器入口14连通，下侧均流板20与传热介质排出口21连通。 [0024] 如图4所示，所述相变换热器部件中的换热器管道18，为内外双螺旋翅片管结构，相变换热器管道选用铝管，内肋间距与内肋高之比等于8。 [0025] 如图1所示，所述圆形隔板4和蓄热罐体2的内壁面间隙为3～5mm。 [0026] 如图1所示，所述抽吸式电加热器10与接管9为法兰连接。 [0027] 本发明的工作原理如下： [0028] 本发明存在蓄热过程和放热过程两种工况： [0029] 蓄热过程：包括显热蓄热过程和相变蓄热过程。在显热蓄热过程中，电源控制总成启动两台抽吸式电加热器10和搅拌器7。两台抽吸式电加热器10对蓄热罐体2底部的熔融盐3进行加热形成高温熔融盐，在两台抽吸泵8的作用下，沿着各自外部管道11输送到蓄热罐体2的顶部，温度高的熔融盐密度小，所以高温熔融盐会随着蓄热反应进行不断堆积在罐体上侧。隔板4上焊有直线轴承6，隔板4可以沿着六根导轨5进行滑动，当高温熔融盐堆积到一定量后会推动隔板4向下运动，同时，蓄热罐体2下侧的低温熔融盐不断被两台抽吸式加热器10加热变成高温熔融盐输送到蓄热罐体2上侧，隔板4的设置使得冷热熔融盐直接接触面积大大减少。当隔板4被移动到下侧环形凸台12时，加热器停止工作，完成显热蓄热过程。在相变蓄热过程中，两台抽吸式加热器10对底部熔融盐加热，一部分热量会由加热后的熔融盐接触传热层15传递给相变式换热器内的相变蓄热材料17，相变蓄热材料17经过相变蓄热器的加热棒19和传热层15携带的热量，由固态转变成液态，完成相变蓄热过程。 [0030] 放热过程：换热介质由传热介质注入口1进入浸没式蛇管换热器13，与隔板4上侧的高温熔融盐接触换热，熔融盐经过换热器后温度下降，温度低的熔融盐密度大，通过浸没式换热器中间环形通道流向蓄热罐体的下侧，下侧熔融盐堆积推动隔板4向上运动，罐体上侧高温熔融盐受到隔板4的挤压，不断进入浸没式蛇管换热器13中间环形区域进行换热。从浸没式蛇管换热器13出口流出的换热介质再通过传热层顶部入口14进入上侧均流板16，均匀流入管壳式相变换热器管道18进行换热，相变换热器管道18外的相变蓄热材料17由液态变为固态放出热量，传热介质吸收热量后从底部传热介质排出口21流出，完成放热过程。 [0031] 在实际使用过程中，可以利用谷电期间的电量对加热棒19进行加热，将热量储存在蓄热单罐的熔融盐和相变换热器的相变蓄热材料中，之后白天进行放热过程，以达到削峰填谷的作用，提高电网的稳定性。对比双罐蓄热系统和传统单罐蓄热系统，本发明采用混合式蓄热方法，大幅度提高了该装置的蓄热量以及在蓄热过程中热量的利用率，同时简化了装置，降低了整体装置的制造和运行成本。 |
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