CN105928404B - 一种用于液体储热的温度分层装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于液体储热的温度分层装置，包括竖直套管(1)、水平套管(2)、上层高温管(3)、中层高温管(4)、低温管(5)、水平套管隔板(6)、下导流罩(7)、下隔板(8)、中导流罩(9)、上隔板(10)，以及上导流罩(11)。水平套管隔板(6)将水平套管(2)分为左右两个腔室；上隔板(10)与下隔板(8)将竖直套管(1)分为上中下三个腔室；下导流罩(7)位于竖直套管(1)底部，并与其下部腔室相通；中导流罩(9)位于竖直套管(1)中部，并与其中部腔室相通；上导流罩(11)位于竖直套管(1)顶部，并与其上部腔室相通。

Description

一种用于液体储热的温度分层装置
技术领域
本发明涉及一种储能供热装置，尤其涉及一种用于液体储热的温度分层装置。
背景技术
储热系统可以实现大容量、低成本的能量存储，对于工业余热、可再生能源等不连续能量应用场合意义重大。相比传统高温、低温双体结构的储热系统，采用斜温层原理的单体储热系统具有更低成本的优势。为防止单体储热系统中高温液体与低温液体的掺混与自然对流，需要对充放热过程流体流动进行控制，确保冷热流体缓慢均匀的进入或者流出储热体，并进入对应的温度层。中国专利201410098013.7提出了一种温度分层器、具有该温度分层器的储热器及其安装方法。温度分层器呈纵向管状结构，底部进液，中部和顶部出液，出液口设有止回片。由于出液口上的止回片旋转轴靠上，依靠止回片自重实现闭合，导致出液口开启状态时，受止回片阻挡，流体流动速度方向斜向下，与水平面有夹角，破坏温度分层。且该温度分层器管路结构无法实现热能的合理高效提取。中国专利201110058580.6提出了一种高效温度分层型水蓄能蓄水装置，蓄水槽内腔的上部和下部各设有一渗水的平板形多孔介质板，每块多孔介质板的板面均平行于水平面，且每块多孔介质板边均与蓄水槽的内壁接合并防水密封。该结构可以减少入口流场对斜温层的扰动，但是在充热过程中，热流体只能从顶部进入储热体，导致散热损失较大，且充放热过程不能同时进行。中国专利201410551869.5提出了一种温度分层型水蓄冷系统中的布水装置，圆环形布水筒套于储冷池外侧，利用海绵和条形开口匹配形成流道，该结构可以减少入口流场对斜温层的扰动，但对于提取能量极为困难。中国专利201510317121.3提出了一种温度分层型蓄放热装置，入口布水器为盘管结构，喷嘴向下，靠多孔介质或多孔板均流减少对储热体温度分层扰动，适合小型金属储热罐，无法应用于大型储热体。因此有必要针对上述问题开发新型温度分层装置。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术冷热流体进出口结构原因导致的充热与放热时流动对斜温层有扰动，或充放热不能同时进行，或热流体只能从顶部进出导致散热损失较大等缺点，提出一种可应用于液体储热的温度分层装置。本发明结构简单、分层稳定、运行工况广泛灵活、有助于提高系统效率。
本发明的技术方案如下：
本发明用于液体储热的温度分层装置由竖直套管、水平套管、上层高温管、中层高温管、低温管、水平套管隔板、下导流罩、下隔板、中导流罩、上隔板，以及上导流罩等部件组成。水平套管隔板将水平套管分为左右两个腔室。上隔板与下隔板将竖直套管分为上中下三个腔室。下导流罩位于竖直套管的底部，并与其下部腔室相通；中导流罩位于竖直套管的中部，并与其中部腔室相通；上导流罩位于竖直套管的顶部，并与其上部腔室相通。上层高温管的竖直管段和低温管的竖直管段均处于竖直套管中。上层高温管的竖直管段穿过上隔板进入竖直套管上部腔室，并与上导流罩相通。中层高温管伸入竖直套管中部腔室，并与中导流罩相通。低温管的竖直管段穿过下隔板进入竖直套管下部腔室，并与下导流罩相通。上层高温管的水平管段、中层高温管的水平管段和低温管的水平管段均处于水平套管中。上层高温管的水平管段、中层高温管的水平管段和低温管的水平管段穿过水平套管隔板，管道与水平套管隔板的连接处均焊接密封。下导流罩与上导流罩结构相同，均由圆环、圆板和肋板组成，肋板位于圆环与圆板之间，与圆环及圆板垂直，均布。中导流罩由两块圆环和肋板组成，肋板位于两块圆环之间，与圆环垂直，均布。
本发明的上导流罩、中导流罩与下导流罩可以实现冷热流体进出时的降速均流作用，有助于减少流体扰动，提高储热池内温度分层的稳定性。
本发明的水平套管与竖直套管可以显著降低上层高温管、中层高温管与低温管由于管内与管外流体温差引起的自然对流扰动，有助于提高储热池内温度分层的稳定性，并且可以避免低温管内流体在分层装置中流动时被储热池内流体加热，维持低温，有助于提高外部加热设备的热效率。
本发明的温度分层装置不承压，制作材料只需考虑耐腐蚀和耐温的因素，机械加工简单，制造成本低廉。
附图说明
图1温度分层装置剖视图；
图2上导流罩与下导流罩结构示意图；
图3中导流罩结构示意图；
图中：1竖直套管，2水平套管，3上层高温管，4中层高温管，5低温管，6水平套管隔板，7下导流罩，8下隔板，9中导流罩，10上隔板，11上导流罩，12圆板，13肋板，14圆环。
具体实施方式
下面结合技术方案和附图对本发明作进一步说明。
本发明用于液体储热的温度分层装置由竖直套管1、水平套管2、上层高温管3、中层高温管4、低温管5、水平套管隔板6、下导流罩7、下隔板8、中导流罩9、上隔板10，以及上导流罩11等部件组成。水平套管隔板6将水平套管2分为左右两个腔室。上隔板10与下隔板8将竖直套管1分为上中下三个腔室。下导流罩7位于竖直套管1的底部，并与其下部腔室相通；中导流罩9位于竖直套管1的中部，并与其中部腔室相通；上导流罩11位于竖直套管1的顶部，并与其上部腔室相通。上层高温管3的竖直管段和低温管5的竖直管段均处于竖直套管1中。上层高温管3的竖直管段穿过上隔板10进入竖直套管1的上部腔室，并与上导流罩11相通。中层高温管4伸入竖直套管1的中部腔室，并与中导流罩9相通。低温管5的竖直管段穿过下隔板8进入竖直套管1的下部腔室，并与下导流罩7相通。上层高温管3的水平管段、中层高温管4的水平管段和低温管5的水平管段均处于水平套管2中。上层高温管3的水平管段、中层高温管4的水平管段和低温管5的水平管段穿过水平套管隔板6，管道与水平套管隔板6的连接处均焊接密封。
当温度分层装置单独储热运行时，冷液体从下导流罩7进入低温管5，经外部加热设备加热后，由中层高温管4进入分层装置，再经中导流罩9降速均流后流入储热池。由于导流罩可以降速均流，储热池内流体扰动小，可以实现自然温度分层，储热池底层的液体温度始终保持较低，有助于提高外部加热设备加热效率；加热后的流体从中导流罩进入储热池，有助于将储热池上半部分热水混合加热，相比受热液体直接从上导流罩进入储热池而言，可以降低储热池顶部的液体温度，在存储相同热量的前提下，可以减少对外界的散热损失。
当温度分层装置单独取热运行时，热流体从上导流罩11进入上层高温管3，经外部用热设备冷却后，由低温管5进入温度分层装置，再经下导流罩7降速均流后流入储热池。可以实现高温提取，低温返回，避免掺混，提高用热和储热效率。
当温度分层装置储热和取热同时运行时，冷液体从下导流罩7进入低温管5，经外部加热设备加热，如果经外部加热设备加热后，欲回到温度分层装置的热流体流量大于外部用热设备所需提取的热流体流量，则多余的热流体从上层高温管3进入温度分层装置，经上导流罩11降速均流后进入储热池顶部，便于用热设备取用。经外部用热设备冷却后的冷流体由低温管5进入温度分层装置，再经下导流罩7降速均流后流入储热池；如果经外部加热设备加热，欲回到温度分层装置的热流体流量小于外部用热设备所需提取的热流体流量，则储热池顶部的热流体从上导流罩11进入上层高温管3，经外部用热设备冷却后的冷流体由低温管5进入温度分层装置，再经下导流罩7降速均流后流入储热池；如果经外部加热设备加热，欲回到温度分层装置的热流体流量等于外部用热设备所需提取的热流体流量，则经外部加热设备加热后的热流体进入外部用热设备的入口，经用热设备冷却后的冷流体回到加热设备的入口，实现闭式循环，此种工况下，温度分层装置不参与工作。

Claims (4)

1.一种用于液体储热的温度分层装置，其特征在于：所述的装置包括竖直套管(1)、水平套管(2)、上层高温管(3)、中层高温管(4)、低温管(5)、水平套管隔板(6)、下导流罩(7)、下隔板(8)、中导流罩(9)、上隔板(10)和上导流罩(11)；水平套管隔板(6)将水平套管(2)分为左右两个腔室；上隔板(10)与下隔板(8)将竖直套管(1)分为上中下三个腔室；下导流罩(7)位于竖直套管(1)的底部，并与其下部腔室相通；中导流罩(9)位于竖直套管(1)的中部，并与其中部腔室相通；上导流罩(11)位于竖直套管(1)顶部，并与其上部腔室相通；上层高温管(3)的竖直管段和低温管(5)的竖直管段均处于竖直套管(1)中；上层高温管(3)的水平管段、中层高温管(4)的水平管段和低温管(5)的水平管段均处于水平套管(2)中；上层高温管(3)的竖直管段穿过上隔板(10)进入竖直套管(1)的上部腔室，并与上导流罩(11)相通；中层高温管(4)伸入竖直套管(1)中部腔室，并与中导流罩(9)相通；低温管(5)的竖直管段穿过下隔板(8)进入竖直套管(1)下部腔室，并与下导流罩(7)相通。
2.按照权利要求1所述的用于液体储热的温度分层装置，其特征在于：所述的上层高温管(3)的水平管段、中层高温管(4)的水平管段，以及低温管(5)的水平管段均穿过水平套管隔板(6)，管道与水平套管隔板(6)的连接处均焊接密封。
3.按照权利要求1所述的用于液体储热的温度分层装置，其特征在于：所述的下导流罩(7)与上导流罩(11)结构相同，均由圆环、圆板和肋板组成，肋板位于圆环与圆板之间，与圆环及圆板垂直，均布。
4.按照权利要求1所述的用于液体储热的温度分层装置，其特征在于：所述的中导流罩(9)由两个圆环和肋板组成，肋板位于两个圆环之间，与圆环垂直，均布。
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