CN109270970A - 一种高寒地区电站热控系统及热控方法 - Google Patents
一种高寒地区电站热控系统及热控方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种高寒地区电站热控系统及控制方法，其中控制系统包括被动温控装置和主动温控装置；所述被动温控装置包括蜂巢结构均温板、弯折形回路热管和金属格栅；所述蜂巢结构均温板设置在所述储油箱和所述燃油发电机组之间；所述弯折形回路热管设置于所述燃油发电机组下方，所述弯折形回路热管的加热段与所述蜂巢结构均温板冷却段紧密接触，所述弯折形回路热管的冷却段垂直插入所述通风管道内并延伸至通风管道的下部。本发明基于热管技术，充分利用燃油发电机组的高温热源，采取主被动结合的热控方法将燃油发电机组散发的局部热量传递至整个油箱内部。本发明提高了能源利用率，实现了高寒地区电站经济有效的热控。
Description
技术领域
本发明涉及一种高寒地区电站温度控制问题，具体涉及一种高寒地区电站热控系统及热控方法。
背景技术
高寒地区电站的主要架构为房间下部为储油箱与润滑油箱，油箱上方架设柴油机等仪器设备。由于高寒地区气候寒冷，因此电站在运行期间，房间内温度分布上热下冷，且温差极大。位于电站下方的储油箱和润滑油箱由于低温，其内部的燃油上下温差非常明显，底部低温区域的燃油非常容易发生凝固而无法流动，导致燃油发电机组无法得到充足的燃油补充而正常工作。为此一般需要采取外部保温与内部加热等方法对储油箱和润滑油箱进行防冻处理。而在电站上方，燃油发电机组在工作会将大量热量散发到电站内，导致电站上部空气温度较高，容易使电站内的控制系统、仪器设备因温度过高而无法正常运行，因此需对电站内空气温度进行调控。
目前，对于油箱的防冻处理，传统设计一般采用电加热方式对油箱直接加热，或采用传统的单相传热循环将燃油发电机组产生的高温余热传递给油箱，但由于储油箱尺寸较大，需要提供大量的热量才能保证燃油不发生凝固。对于电加热方式，则需要消耗大量电能，而对于单相传热循环方法，由于所需工质传输距离较大，因此需要消耗大量泵功。另外，在上述两种传热加热方式的加热过程中，由于燃油黏性大，不易发生热对流，加热过程中热量基本仅依靠热传导进行传递。然而燃油导热系数很低，热量在燃油中的传递阻力较大，大量的热量在被加热区域附近积聚，而不容易传递到远离加热区域的燃油中，导致上述两种加热方式的加热效果很不理想，容易出现加热元件附近部分燃油温度过高，远离加热元件部分燃油温度仍然较低的问题。因此，迫切需要一种切实有效的加热方法，提高热量在燃油内部的传热速率，降低储油箱内的温度梯度，提高燃油温度分布均匀性。
而在电站内空气温度调控方面，传统设计通常仅采用排风风机，排除电站内多余热量。很显然，当电站内仪器设备发热量较大时，需要提高排风量才可以保证控温效果，而这将消耗大量电能。同时，由于排风风机设置在电站墙壁上，无法影响室内气流组织，容易使热量积聚在室内上部，导致上方空气温度过高。
从上述分析可以看出，在高寒地区电站的传统设计中，一方面需要消耗大量能量加热油箱及排除室内余热，加剧了高寒地区能源供给矛盾；另一方面，现有加热及排热方式的主动控温效果均不甚理想。因此，迫切需要设计一种新的电站热控系统及控制方法，有效实现热量转移，充分利用室内余热对油箱进行加热，降低能量消耗，提高能量使用效率；同时提高电站内空气及燃油温度分布的均匀性，消除局部高温。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提出一种基于被动温控装置和主动温控装置相结合的高寒地区电站热控系统，被动温控装置可以在无能耗、自驱动下实现热量由点到面继而到体的高效输送，主动温控装置能够完成热量于空间中的快速转移，实现热量在电站内的合理分配与利用。所述的电站热控系统可在较少能源消耗下实现电站的整体热控，缓解高寒地区电站热控中的能源供求矛盾。
为解决上述技术问题，本发明的技术解决方案为：
一种高寒地区电站热控系统，所述电站内设置有储油箱、润滑油箱和燃油发电机组，在储油箱内预留有通风管道；其特征在于：所述热控系统包括被动温控装置和主动温控装置；所述被动温控装置包括蜂巢结构均温板、弯折形回路热管和金属格栅；所述蜂巢结构均温板设置在所述储油箱和所述燃油发电机组之间，所述蜂巢结构均温板加热段与所述燃油发电机组底部外壳紧密接触，所述平板热冷却段与所述润滑油箱上表面紧密接触；所述弯折形回路热管设置于所述燃油发电机组下方，所述弯折形回路热管的加热段与所述蜂巢结构均温板冷却段紧密接触，所述弯折形回路热管的冷却段垂直插入所述通风管道内并延伸至通风管道的下部；所述金属格栅浸没在所述储油箱内部燃油内；所述主动温控装置为设置在所述通风管道底部的循环风机，通过该循环风机将燃油发电机组的热量经通风管道输送到储油箱底部。
所述蜂巢结构均温板包括上外部面板、下外部面板、蜂巢芯、吸液芯及液体工质；所述蜂巢芯为方格框架结构且离散的分布在上外部面板和下外部面板之间的夹层空间内；在所述蜂巢芯表面、上外部面板的内壁面以及下外部面板的内壁表面镀有防护层，在防护层外覆盖有所述吸液芯。
所述弯折形回路热管是由金属毛细管经多次弯曲成蛇形而成的内部抽为真空且填充有保证热量在逆重力条件下高效传递的工作液体的环路系统，其加热段位于冷却段之上，且二者呈α夹角，其中α＝90°。
所述金属格栅是由厚度为d的相互垂直的金属板分别按一定间距平行排列而成，其中2mm＜d＜3mm。
所述弯折形回路热管加热段与所述蜂巢结构均温板冷却段紧密接触并集成一体。
所述蜂巢结构均温板加热段与所述燃油发电机组底部外壳紧密接触并一体化集成.
所述吸液芯为金属泡沫吸液芯。
一种高寒地区电站热控方法，其特征在于：包括被动热控和主动热控；被动热控时，所述燃油发电机组处于工作状态，蜂巢结构均温板加热段与该所述燃油发电机组底部外壳换热，吸收其散发出的热量，并将此局部热量扩散至整个基座表面，所述润滑油箱上表面与蜂巢结构均温板冷却段换热，吸收其散失热量，弯折形回路热管加热段从所述蜂巢结构均温板冷却段吸收热量，弯折形回路热管冷却段将热量通过其周围空气传递给通风管道管壁，金属格栅将集聚在所述通风管道和所述储油箱顶部附近燃油内的热量快速扩散至所述储油箱底部，进而实现对所述储油箱内燃油的加热；主动热控时，循环风机启动，抽取所述燃油发电机组附近的热空气经所述通风管道至所述储油箱下方的有限空间内，对所述储油箱内的燃油进行加热。
本发明蜂巢结构均温板为内含夹层空间的金属平板，包括填充于夹层空间中的内含壁面中心区域被截断的方形房室的蜂巢芯、构成夹层空间的外部面板和覆盖于所述蜂巢芯表面与外部面板内壁表面上的具有毛细多孔结构的泡沫金属吸液芯，且夹层空间内部被抽为真空并填充有液体工质。蜂巢芯与蜂巢结构均温板外部面板为同种材料，且其格子框架结构可以提供有效的负载支撑，蜂巢芯的方形房室壁面中心区域被截断，从而形成的十字型拓扑结构允许蒸汽和流体从侧面自由流动。在蜂巢芯表面与外部面板内壁表面上镀有防护层，用于抑制不凝结气体的产生。蜂巢结构均温板依靠其冷热端的微小压差以及内部毛细结构的毛细吸附作用，实现了工质在加热段和冷却段间的循环流动，从而实现了热量的高效转移。
弯折形回路热管是由一根高导热性金属毛细通道经反复弯曲成蛇形而成，毛细通道内径取1～2.5mm。热管内部抽成真空并填充有一部分液体工质。弯折形回路热管的加热段水平贯穿于蜂巢结构均温板，其冷却段经90°弯折后向下插入通风管道内。弯折形回路热管由于其两端及相邻管间压力的不平衡，造成了工质在加热段和冷却段间振荡流动，实现热量在管内的高效传递。
金属格栅是由厚度为d的相互垂直的金属板分别按一定间距平行排列而成，其中0.5mm＜d＜3mm。金属格栅填充在储油箱内，将储油箱内部空间分割为多个小型方形区域。
有益效果
1.本发明采用被动温控装置和主动温控装置进行热控，被动温控装置可以实现热量由点到面继而到体的高效传输，主动温控装置能够实现热量于空间中的快速转移，提高电站内热量分布及利用的合理性。本发明热控系统允许在较少能源消耗下实现电站的整体热控，缓解高寒地区电站热控中的能源供求矛盾。
2.本发明利用热管技术，采取主被动结合的热控手段将燃油发电机组的高温余热传输给储油箱和润滑油箱，不仅可以实现对燃油发电机组的冷却，还可以实现储油箱和润滑油箱的高效防冻处理，提高电站热控的经济性。
附图说明
图1为高寒地区电站热控系统结构示意图；
图2为蜂巢结构均温板和弯折形回路热管连接处的结构示意图。
图3为蜂巢结构均温板结构及其内部工作原理示意图。
图4为被动热控方法示意图。
图5为主动热控方法示意图。
以上各图中的标示说明如下：1-电站；2-储油箱；3-润滑油箱；4-燃油发电机组；5-通风管道；6-蜂巢结构均温板；7-弯折形回路热管；8-金属格栅；9-循环风机；10-弯折形回路热管冷却段；11-蜂巢结构均温板加热段；12-蜂巢结构均温板冷却段；13-弯折形回路热管加热段；14-外部面板；15-蜂巢芯；16-方形房室；17-蜂巢芯腹板；18-泡沫金属吸液芯；19-夹层空间；20-热量；21-饱和液体；22-饱和蒸汽；23-中心截断区域；24-空气；25-有限空间。
具体实施方式
下面结合附图进行更进一步的详细说明：
图1给出一种高寒地区电站热控系统结构示意图，包括被动温控装置和主动温控装置，图2给出了蜂巢结构均温板和弯折形回路热管连接处的局部细节。在电站1内，蜂巢结构均温板6作为燃油发电机组4的基座设置于内含通风管道5的储油箱2和燃油发电机组之间，蜂巢结构均温板加热段11与燃油发电机组底部外壳紧密接触，蜂巢结构均温板冷却段12贴附于润滑油箱3上表面。弯折形回路热管7设置于燃油发电机组下方，弯折形回路热管加热段13贯穿于蜂巢结构均温板冷却段，弯折形回路热管冷却段10垂直插入储油箱内的通风管道，并延伸至循环风机9的上方。金属格栅8浸没于储油箱内。
图3给出了蜂巢结构均温板结构及其内部工作原理图，包括蜂巢芯、泡沫金属吸液芯和外部面板。位于上、下外部面板14间的夹层空间19内的蜂巢芯15为方格框架结构，其内的方形房室16壁面中心区域被截断，形成的十字型拓扑结构使各方形房室之间相互连通，而形成的十字交叉型蜂巢芯腹板17可以提供有效的负载支撑，在蜂巢芯表面和环形外部面板内壁表面镀有防护层，防护层外覆盖有泡沫金属吸液芯18。蜂巢结构均温板外部面板的上部吸收来自燃油发电机组4散发的热量20，蜂巢结构均温板泡沫金属吸液芯内的饱和液体21受热气化成为饱和蒸汽22。饱和蒸汽持续受热而迅速膨胀，并在热管内微小压差驱动下将热量通过方形房室壁面中心截断区域23扩散至整个夹层空间。在外部面板的下面板饱和蒸汽遇冷凝结为饱和液体，释放出热量。集聚在外部面板下面板的饱和液体借助泡沫金属吸液芯的毛细吸附作用回到蒸发热源处参与下一循环。
图4给出了被动热控方法示意图。被动热控时，在内外温差驱动下被动温控装置自发进行无能耗热控，将燃油发电机组产生的热量传递至整个油箱内部。当一台燃油发电机组4处于工作状态时，蜂巢结构均温板加热段11吸收该燃油发电机组底部散发的热量20，并通过热管内的工作介质将燃油发电机组散发的局部热量输送至整个蜂巢结构均温板6基座表面，实现热量由点到面的传递。蜂巢结构均温板冷却段12与润滑油箱3上表面换热，将热量传至润滑油箱内部。弯折形回路热管加热段13吸收蜂巢结构均温板冷却段散发的热量，并通过其内部工质将热量输送至冷却段10。泡沫金属弯折形回路热管冷却段与周围空气换热，释放出的热量通过周围空气传至通风管道5管壁，通风管道管壁将热量传给储油箱2内的燃油，实现热量由面到体的传递。在温差驱动下具有高导热系数的金属格栅8自发地将聚集在储油箱内靠近通风管道和储油箱顶部的热量(因燃油发电机组辐射和蜂巢结构均温板基座导热)快速扩散至储油箱底部，减少储油箱内的温度梯度。
图5为主动热控方法示意图。主动热控时，循环风机9启动，抽取燃油发电机组4附近吸收了其散发热量20的热空气24至储油箱2底部下方的有限空间25内。在此过程中，热空气又与通风管道5内的弯折形回路热管7进行对流换热，热空气吸收了弯折形回路热管散发的热量后具有更高温度，热空气不断集聚在较小的有限空间内，使得空间中温度快速升高，从而实现了对储油箱底部附近燃油的有效加热。
Claims (8)
1.一种高寒地区电站热控系统，在电站内设置有储油箱、润滑油箱和燃油发电机组，在储油箱内预留有通风管道；其特征在于：所述热控系统包括被动温控装置和主动温控装置；所述被动温控装置包括蜂巢结构均温板、弯折形回路热管和金属格栅；所述蜂巢结构均温板设置在所述储油箱和所述燃油发电机组之间，所述蜂巢结构均温板加热段与所述燃油发电机组底部外壳紧密接触，所述平板热冷却段与所述润滑油箱上表面紧密接触；所述弯折形回路热管设置于所述燃油发电机组下方，所述弯折形回路热管的加热段与所述蜂巢结构均温板冷却段紧密接触，所述弯折形回路热管的冷却段垂直插入所述通风管道内并延伸至通风管道的下部；所述金属格栅浸没在所述储油箱内部燃油内，用于提高燃油内部温度分布均匀性；所述主动温控装置为设置在所述通风管道底部的循环风机，通过该循环风机将燃油发电机组的热量经通风管道输送到储油箱底部。
2.根据权利要求1所述的高寒地区电站热控系统，其特征在于：所述蜂巢结构均温板包括上外部面板、下外部面板、蜂巢芯、吸液芯及液体工质；所述蜂巢芯为方格框架结构且离散的分布在上外部面板和下外部面板之间的夹层空间内；在所述蜂巢芯表面、上外部面板的内壁面以及下外部面板的内壁表面镀有防护层，在防护层外覆盖有所述吸液芯。
3.根据权利要求1所述的高寒地区电站热控系统，其特征在于：所述弯折形回路热管是由金属毛细管经多次弯曲成蛇形而成的内部抽为真空且填充有保证热量在逆重力条件下高效传递的工作液体的环路系统，其加热段位于冷却段之上，且二者呈α夹角，其中α＝90°。
4.根据权利要求1所述的高寒地区电站热控系统，其特征在于：所述金属格栅是由厚度为d的相互垂直的金属板分别按一定间距平行排列而成，其中0.5mm＜d＜3mm。
5.根据权利要求2所述的高寒地区电站热控系统，其特征在于：所述弯折形回路热管加热段与所述蜂巢结构均温板冷却段紧密接触并集成一体。
6.根据权利要求2所述的高寒地区电站热控系统，其特征在于：所述蜂巢结构均温板加热段与所述燃油发电机组底部外壳紧密接触并一体化集成。
7.根据权利要求2所述的高寒地区电站热控系统，其特征在于：所述吸液芯为金属泡沫吸液芯。
8.一种基于权利要求1-7任一所述高寒地区电站热控系统的热控方法，其特征在于：包括被动热控和主动热控；被动热控时，所述燃油发电机组处于工作状态，蜂巢结构均温板加热段与该所述燃油发电机组底部外壳换热，吸收其散发出的热量，并将此局部热量扩散至整个基座表面，所述润滑油箱上表面与蜂巢结构均温板冷却段换热，吸收其散失热量，弯折形回路热管加热段从所述蜂巢结构均温板冷却段吸收热量，弯折形回路热管冷却段将热量通过其周围空气传递给通风管道管壁，金属格栅将集聚在所述通风管道和所述储油箱顶部附近燃油内的热量快速扩散至所述储油箱底部，进而实现对所述储油箱内燃油的加热；主动热控时，循环风机启动，抽取所述燃油发电机组附近的热空气经所述通风管道至所述储油箱下方的有限空间内，对所述储油箱内的燃油进行加热。
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