CN105318758A - 导热油/刚玉球双介质储热装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于太阳能中高温光热储热系统和低谷电储热系统的导热油/刚玉球双介质储热装置，包括储热罐，在储热罐底向外通出两根冷油管，在储热罐内底部扣装有一个多孔下锥帽，在储热罐中部置有一根上油管，上油管的上口置有一个小锥帽，在上油管的管壁上装有两根通出储热罐外的热油管，在储热罐内置有由导热油和刚玉球两种材料构成的蓄热介质；在储热罐侧壁上设有液位控制显示器，液位控制显示器的上端和下端分别与储热罐上部气空间和储热罐油空间连通。本发明中采用刚玉球作为蓄热介质，单位体积蓄热量大，可减小双介质储器装置的体积，通过储热罐的有序对流以及冷油管、热油管的合理布局，能有效提高系统效能。

Description

导热油/刚玉球双介质储热装置

技术领域

本发明内容属于热能工程设备简单领域，涉及一种主要用于太阳能中高温光热储热系统和低谷电储热系统的导热油/刚玉球双介质储热装置。

背景技术

目前在太阳能高温集热工程的储热罐设备中普遍采用导热油作蓄热介质，以导热油300℃～400℃较高温度的显热储存热能，而储热罐体的压力小于1.0MPa，这一低压高温的特征虽具有一定的技术优势，但导热油成本高，长期在高温下运行会老化变质，致使性能衰减，一般在运行一定时间(6～10年)后需要更换新油，造成运行成本加大。另外，现有技术在实际应用中还存有结构设计不尽合理、储热介质空间温度场分布不均、热循环利用率低等问题，这些因素在一定程度上也影响到储热罐设备的蓄热功能。如何提高储热罐单位容积蓄热量，长期以来一直是本领域相关技术人员致力解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于对现有技术存在的问题加以解决，提供一种结构合理、蓄热能力大、运行成本低且使用寿命长的导热油/刚玉球双介质储热装置。

为实现上述发明目的而采用的技术解决方案是这样的：所提供的导热油/刚玉球双介质储热装置包括一个上端开有人孔的立式储热罐，在储热罐的底罐壁处向下通出有一根下端封口的下油管，在下油管的管壁上向外通出两根冷油管，在储热罐内底部扣装有一个其上均匀分布有多个小孔的下锥帽，在储热罐中部置有一根上油管，上油管的上口置有一个小锥帽，在上油管的管壁上装有两根通出储热罐外的热油管，在储热罐的罐体内置有由导热油和刚玉球(刚玉蓄热球)两种材料构成的蓄热介质；在储热罐侧壁上设有液位控制显示器，液位控制显示器的上端和储热罐上部气空间连通，液位控制显示器的下端和储热罐油空间连通。

本发明进一步的技术解决方案包括：设置于储热罐罐底外部的与下油管连接的两根冷油管中第一冷油管的外口连通至设在罐体外部(太阳能高温集热工程)的导热油加热炉的输入口，第二冷油管的外口连通至罐体外(太阳能高温集热工程)用热设备的输出口，由储热罐罐体中部穿出的两根热油管中的第一热油管连通至设在罐体外部的导热油加热炉的输出口，第二热油管连通至罐体外用热设备的输入口。

本发明进一步的技术解决方案还包括：储热罐中刚玉球填充至液位控制显示器的最低液位线处。

本发明进一步的技术解决方案还包括：在下锥帽顶部设有小孔。

本发明进一步的技术解决方案还包括：在储热罐的顶部装有安全阀和传感压力表，在储热罐的顶部还插装有由电磁阀控制的用于向罐内充入氮气的氮气管。

本发明所述双介质储热装置在实际工作中，储热罐充入由导热油和刚玉蓄热球两种材料构成的蓄热介质后，在向储热罐充热时，罐体上配置的一个热油管(第一热油管)和一个冷油管(第一冷油管)与导热油加热炉构成加热循环系统，冷油从罐体下部抽出，热油从热油管输送到储热罐中；而在储热罐放热时，罐体上配置的另一个热油管(第二热油管)和另一个冷油管(第二冷油管)和用热设备构成放热循环系统，热油从热油管被输送到用热设中和冷质进行热交换温度下降后返回储热罐。本发明所述双介质蓄热材料中采用的刚玉蓄热球由高纯度的O3Al2制成，其比热为1000～1200J/kg.K，比重约3.4，具有优于现有固体介质材料的单位体积蓄热量。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：

一、本发明储热罐内的蓄热介质为导热油/刚玉球双介质，其中采用刚玉球单位体积蓄热量大，可减小双介质储器装置的体积；

二、刚玉球外形尺寸固定，在储热罐中堆积形成的流道均匀，有利于导热油和刚玉球进行热交换；

三、刚玉球在运行中不存在变质，可替代60％的导热油储热，长期使用不用更换，节约运行成本；

四、本发明的设计结构合理、蓄热能力大、运行成本低且使用寿命长，通过储热罐的有序对流以及冷油管、热油管的合理布局，能有效避免储热介质空间温度场分布不均的现象，提高系统效能。

附图说明

图1是本发明一个具体实施例的结构示意图。

图中各数字标号名称分别是：1－第一冷油管，2－第二冷油管，3－下油管，4－下锥帽，5－储热罐，6－保温层，7－刚玉球，8－第一热油管，9－第二热油管，10－上油管，11－小锥帽，12－液位控制显示器，13－传感温度计，14－氮气瓶，15－人孔，16－安全阀，17－传感压力表，18－氮气罐，19－电磁阀，20－电磁阀，21－放空管。

具体实施方式

以下结合附图对本发明内容做进一步说明。

参见图1，本发明所述的导热油/刚玉球双介质储热装置具有一个上端开有人孔15、传感压力表17等且内储有蓄热介质的立式储热罐5，罐体外表面敷设有保温层6。在储热罐5的底罐壁处向下通出有一根下油管3，在下油管3的管壁上向外通出两根冷油管，其中第一冷油管1的外口连通至设在罐体外部的导热油加热炉的输入口，第二冷油管2的外口连通至罐体外用热设备的输出口。在储热罐5内底部扣装有一个其上均匀分布有多个小孔的下锥帽4。在储热罐5中部设置有一根下端封闭的上油管10和一个其顶部有小孔的小锥帽11，小锥帽11的外径小于储热罐5的内径，上油管10的上口置入小锥帽11内，在上油管10的管壁上装有两根通出储热罐5外的热油管，其中第一热油管8连通至设在罐体外部的导热油加热炉的输出口，第二热油管9连通至罐体外用热设备的输入口。在储热罐5侧壁上设有液位控制显示器12，液位控制显示器12的上端和储热罐5上部气空间连通，液位控制显示器12的下端和储热罐5油空间连通。储置于储热罐5内的蓄热介质由导热油和刚玉球7两种材料构成，导热油(最高温度时)填充至液位控制器12上端接管下约40毫米位置处，此为罐内导热油最高温度时的液位，导热油最低液位应控制在冷态液位50～100mm范围内；刚玉球7填装高度应在导热油冷态液位线上，即液位控制显示器12的最低液位线处。图1中标号14、18、21分别为氮气瓶、氮气管和放空管，氮气瓶14经氮气管18和储热罐5的顶部连接，用于向罐内充入氮气，这段管道上装有电磁阀19；放空管21和氮气管18连接，在这段管道上也装有电磁阀20。在储热罐5侧壁的上部、中部和下部分别设有用于传感并显示蓄热介质温度的传感温度计13。储热罐5上的液位控制显示器12、传感压力表17、传感温度计13、电磁阀19、20均接入太阳能高温集热工程的自动控制系统。

实际工作中，储热罐充入了蓄热介质后，设备在充热时，储热罐5和导热油加热炉经管道和热油泵构加热循环，冷油从冷油管被输送到导热油加热炉加热，热油经热油管进入储热罐5；在工作中，油空间存在一个温度界面，随着油温的升高，温度界面下降；油空间之上的油气界面随温度的升高上升；反之，在放热时温度界面会上升，油气界面会下降。油气界面的上升和下降气空间的压力会发生变化，压力超过设定值时电磁阀20开启排气，压力低于设定值时，电磁阀19开启向罐内充加氮气,由于氮气为惰性气体，因而可有效地防止热油氧化变质。

Claims (5)

1.一种导热油/刚玉球双介质储热装置，包括一个上端开有人孔(15)的立式储热罐(5)，其特征在于：在储热罐(5)的底罐壁处向下通出有一根下端封口的下油管(3)，在下油管(3)的管壁上向外通出两根冷油管，在储热罐(5)内底部扣装有一个其上均匀分布有多个小孔的下锥帽(4)，在储热罐(5)中部置有一根上油管(10)，上油管(10)的上口置有一个小锥帽(11)，在上油管(10)的管壁上装有两根通出储热罐(5)外的热油管，在储热罐(5)的罐体内置有由导热油和刚玉球(7)两种材料构成的蓄热介质；在储热罐(5)侧壁上设有液位控制显示器(12)，液位控制显示器(12)的上端和储热罐(5)上部气空间连通，液位控制显示器(12)的下端和储热罐(5)油空间连通。

2.根据权利要求1所述的导热油/刚玉球双介质储热装置，其特征在于：设置于储热罐(5)罐底外部的与下油管(3)连接的两根冷油管中第一冷油管(1)的外口连通至设在罐体外部的导热油加热炉的输入口，第二冷油管(2)的外口连通至罐体外用热设备的输出口，由储热罐(5)罐体中部穿出的两根热油管中的第一热油管(8)连通至设在罐体外部的导热油加热炉的输出口，第二热油管(9)连通至罐体外用热设备的输入口。

3.根据权利要求1所述的导热油/刚玉球双介质储热装置，其特征在于：储热罐(5)中刚玉球(7)填充至液位控制显示器(12)的最低液位线处。

4.根据权利要求1所述的导热油/刚玉球双介质储热装置，其特征在于：在小锥帽(11)顶部设有小孔。

5.根据权利要求1所述的导热油/刚玉球双介质储热装置，其特征在于：在储热罐(5)的顶部装有安全阀(16)和传感压力表(17)，在储热罐(5)的顶部还插装有由电磁阀(19)控制的用于向罐内充入氮气的氮气管(18)。