CN112361621B - 一种相变式储能换热装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种相变式储能换热装置，包括太阳能集热器、太阳能供液管、太阳能回液管、换热器、循环泵、储能罐，太阳能供液管分别与太阳能集热器出口、换热器热媒入口相连，太阳能回液管两端分别与太阳能集热器入口、储能罐出口相连。换热器热媒出口与循环泵入口通过管路贯通连接。本发明利用太阳能，通过光热为原油加热，改善易凝原油的流动性能，降低其粘度使之易于输送，同时将富裕的热能通过储能罐进行储存，便于光照不充足的情况下使用。

Description

一种相变式储能换热装置

技术领域

本发明属于太阳能利用技术领域，具体涉及为一种相变式储能换热装置。

背景技术

随着经济发展和科技的进步，能源和环境是当今世界突出的两大社会问题，这促使人们更多地意识到能源对人类的重要性，而愈来愈重视太阳能和其他新能源技术的利用,太阳能作为一种清洁、高效的新能源在越来越多的领域中发挥出重要的作用。随着油田开采进入中后期阶段，开采成本、能耗上升的问题日益突出，有效利用太阳能可减少不可再生能源的消耗，降低开采成本，是实现油田企业可持续发展的一项重要举措。

胜利油田的原油凝固点普遍较高，粘度大，常温下流动性差，因此从油井出油后的输运过程中必须进行加热与保温。目前在用的原油加热设备主要有：水套加热炉、高架罐、多功能罐等。

目前原油加热设备存在耗能高、排放高、效率低的缺点。胜利油田天然气产量约50％左右消耗在原油加热环节。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种相变式储能换热装置，本发明利用太阳能，通过光热为原油加热，改善易凝原油的流动性能，降低其粘度使之易于输送，同时将富裕的热能通过储能罐进行储存，便于光照不充足的情况下使用。

本发明解决现有技术存在的问题所采用的技术方案是：

一种相变式储能换热装置，包括太阳能集热器、太阳能供液管、太阳能回液管、换热器、循环泵、储能罐，

太阳能供液管分别与太阳能集热器出口、换热器热媒入口相连，太阳能回液管两端分别与太阳能集热器入口、储能罐出口相连。换热器热媒出口与循环泵入口通过管路贯通连接。

储能罐包括进液管、出液管，进液管与第一出液管之间通过管路进行连接，出液管与太阳能回液管贯通连接。

油管出油口与电加热器进油口通过管路贯通连接。

优选的，所述的储能罐包括罐体、下端罐、换热模块、水环，水环固定于罐体内部底面上，下端罐位于水环上方。

水环内部设有贯穿的水道，进液管与水道贯通连接。

换热模块包括底部管、分液管、若干个支管、若干个支管设置于下端罐内部，支管上下两端均贯通连接有分液管，上端的分液管末端穿设至下端罐顶面上方与出液管贯通连接，下端的分液管末端穿设至下端罐底面下方与底部管贯通连接，底部管、分液管、下端罐轴线位于同一条垂直线上。

底部管设置于水环中心处、且底面与罐体底面接触，底部管圆周面上设有进液口，进液口与水道位于水环内壁上的开口交错布置。

下端罐底部呈环形阵列固定有若干片第一叶片，第一叶片底面与罐体底面接触、两端分别与底部管圆周面、水环内壁接触。

下端罐内部填充有无机水合盐。

优选的，所述的罐体内部位于下端罐的上方设有上端罐，上端罐下方输油第三进液管，第三进液管与分液管贯通连接，出液管与上端罐贯通连接处位于上端罐顶面上。

上端罐内部设有若干根储能棒，储能棒之间、储能棒与上端罐内壁之间均通过导热片相互固定连接。

优选的，所述的储能棒内部装有石蜡，

优选的，所述的进液管上设有温控三通阀，温控三通阀两个出口一个与水道贯通连接、另一个贯通连接有第三支管。

第三支管末端与第三进液管贯通连接。

优选的，上端的分液管上设有单向阀，单向阀的流通方向为从下向上。

优选的，所述的温控三通阀入口处设有电控阀，所述的温控三通阀一侧设有带有电控阀的旁通管路，旁通管路两端分别与进液管、水道贯通连接。

优选的，所述的循环泵一侧并联有并联管线，所述的并联管线上设有另一个循环泵。

优选的，所述的换热器石油出口处通过管路贯通连接有电加热器。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果：

(1)利用太阳能，采用光热转换技术实现能量转换，用来提供热能，替代电、燃油(气)、煤加热装置，降低能源消耗，减少碳排放量，能够满足油田生产需求，符合国家对清洁生产的要求。该项技术的实施充分利用油田现有的有利气候条件，同时应用先进技术及设备，通过优化工艺流程，提高了油田集输加热系统能源的利用效率，达到了降低能耗，节约能源以及绿色环保目的。

(2)储能罐采用二级相变储能技术，两级相变储能材料分别使用无机水和盐以及石蜡，利用两者相变温度不同的特性，实现分级储能，增加了热能回收的效率。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明一种相变式储能换热装置系统图，

图2为本发明储能罐外形图，

图3为本发明储能罐罐体局部剖视图，

图4为本发明储能罐中心剖视图，

图5为本发明储能罐内部下端罐水平方向剖视图，

图6为本发明储能罐内部下端罐底视图，

图7为本发明下端罐内部示意图，

图8为本发明储能罐内部上端管水平方向剖视图，

图9为本发明储能罐内部水环中心水平方向剖视图。

图中：1-太阳能集热器、2-太阳能供液管、3-太阳能回液管、4-换热器、5-循环泵；

6-储能罐、601-罐体、602-下端罐、6021-第一叶片、6022-叶片、603-换热模块、6031-底部管、60311-进液口、6032-分液管、6033-支管、60331-翅片管、604-进液管、6041-温控三通阀、6042-第三支管、6043-单向阀、605-水环、6051-水道、606-上端罐、6061-第三进液管、607-储能棒、608-导热片、609-出液管；

7-电加热器、8-并联管线、9-石油进油管、10-石油出油管、11-旁通管路。

具体实施方式

附图为该一种相变式储能换热装置的最佳实施例，下面结合附图对本发明进一步详细的说明。

由附图1至附图9所示，一种相变式储能换热装置包括太阳能集热器1、太阳能供液管2、太阳能回液管3、换热器4、循环泵5、储能罐6。

太阳能集热器1内部装有液态的热媒，通过热媒的循环流动来实现热能的转移。

太阳能供液管2分别与太阳能集热器1出口、换热器4热媒入口相连，太阳能回液管3两端分别与太阳能集热器1入口、储能罐6出口相连。

换热器4热媒出口与循环泵5入口通过管路贯通连接，为了避免循环泵5意外损坏影响相变式储能换热装置使用，循环泵5一侧并联有并联管线8，所述的并联管线8上设有另一个循环泵5。

换热器4石油入口与石油进油管9贯通连接，换热器5石油出口处通过管路贯通连接有电加热器7，电加热器7出口处与石油出油管10贯通连接。换热器5石油出口处设有温度传感器，当石油离开换热器5时的温度低于阈值时，电加热器7通电再次对石油进行加热。

电加热器7并联有带有电控阀门的旁通管路11，旁通管路11两端分别与换热器5石油出口以及石油出油管10贯通连接。当石油离开换热器5时的温度等于或高于阈值时，石油通过旁通管路11流入至石油出油管10内部。

储能罐6包括进液管604、出液管609，进液管604与循环泵5管路进行连接，出液管609与太阳能回液管3贯通连接。

储能罐6包括罐体601、下端罐602、换热模块603、水环605、上端管606。水环605固定于罐体601内部底面上，下端罐602位于水环605上方。

水环605内部设有贯穿的水道6051，进液管604与水道6051贯通连接，水道6051为弧形，其位于水环605内侧圆周面上的出口处的轴线与水环605内侧圆周面相切。

换热模块603包括底部管6031、分液管6032、若干个支管6033、若干个支管6033呈环形阵列或矩形阵列布置于下端罐602内部，为了增加支管6033的热交换面积，支管6033均采用翅片管60331。

支管6033上下两端均贯通连接有分液管6032，分液管6032有一根垂直管以及若干跟连接管贯通连接组成，连接管与支管6033贯通连接。

位于支管6033上端的分液管6032的垂直管穿设至下端罐602顶面上方，位于支管6033下端的分液管6032的垂直管穿设至下端罐602底面下方与底部管6031贯通连接，底部管6031、分液管6032的垂直管、下端罐602轴线位于同一条垂直线上。

底部管6031设置于水环605中心处、且底面与罐体601底面接触，底部管6031圆周面上设有进液口60311，进液口60311与水道6051位于水环605内壁上的开口交错布置。

下端罐602底部呈环形阵列固定有若干片第一叶片6021，第一叶片6021底面与罐体601底面接触、两端分别与底部管6031圆周面、水环605内壁接触。

下端罐602内部填充有无机水合盐，下端罐602内部圆周面上凸设有若干片叶片6022。热媒通过水道6051喷入至水环605内部，冲击第一叶片6021带动下端罐602旋转，然后在通过进液口60311进入到换热模块603内部。下端罐602旋转过程中，叶片6022搅动下端罐602内部的无机水合盐，使无机水合盐处于流动状态，使其与换热模块603热交换更加充分。

所述的罐体601内部位于下端罐602的上方设有上端罐606，上端罐606下方输油第三进液管6061，第三进液管6061与分液管6032的垂直管连接，出液管609与上端罐606贯通连接处位于上端罐606顶面上。

上端罐606内部设有若干根储能棒607，所述的储能棒607内部装有石蜡，储能棒607之间、储能棒607与上端罐606内壁之间均通过导热片608相互固定连接。

所述的进液管604上设有温控三通阀6041，温控三通阀6041两个出口一个与水道6051贯通连接、另一个贯通连接有第三支管6042。第三支管6042末端与第三进液管6061贯通连接。上端的分液管6032上设有单向阀6043，单向阀6043的流通方向为从下向上。

如果通过换热器后的石油温度可加热至阈值，但热媒流出换热器后的温度低于无机水合盐相变温度高于石蜡相变温度时，可通过温控三通阀6041改变流动路径，使热媒直接流入至上端罐606内部。

同时在温控三通阀6041一侧并联一根旁通管路，管路上设有电控阀门。当通过换热器后的石油温度低于阈值时，即夜间或光照不足，太阳能集热器4排出的热媒温度低时，热媒通过旁通管路进入到下端罐602，无机水和盐进行放热将热媒加热。

无机水合盐的相变温度高于石蜡的相变温度，因此热媒先对无机水合盐进行加热，使其相变储能，在此过程中，热媒降温并流入至上端罐606内部，对内部装有石蜡的储能棒607进行加热使其相变储能。

第三支管6042与出液管609之间通过带有电控阀门的管路进行连接，第三进液管6061上同样设有电控阀门。通过调整各个电控阀门的开合状态，可改变热媒的流通路径，即热媒依次流入至换热模块603、上端罐606，然后由出液管609流出；或热媒通过第三支管6042直接流入至上端罐606，然后由出液管609流出；或热媒流入至换热模块603后通过三支管6042与出液管609之间的管路直接流入至出液管609内部。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (8)

1.一种相变式储能换热装置，其特征在于：

包括太阳能集热器（1）、太阳能供液管（2）、太阳能回液管（3）、换热器（4）、循环泵（5）、储能罐（6），

太阳能供液管（2）分别与太阳能集热器（1）出口、换热器（4）热媒入口相连，太阳能回液管（3）两端分别与太阳能集热器（1）入口、储能罐（6）出口相连，

换热器（4）热媒出口与循环泵（5）入口通过管路贯通连接，

所述的储能罐（6）包括罐体（601）、下端罐（602）、换热模块（603）、水环（605），水环（605）固定于罐体（601）内部底面上，下端罐（602）位于水环（605）上方，

水环（605）内部设有贯穿的水道（6051），进液管（604）一端与水道（6051）贯通连接、另一端与循环泵（5）出口贯通连接，

换热模块（603）包括底部管（6031）、分液管（6032）、若干个支管（6033）、若干个支管（6033）设置于下端罐（602）内部，支管（6033）上下两端均贯通连接有分液管（6032），上端的分液管（6032）末端穿设至下端罐（602）顶面上方与出液管（609）贯通连接，下端的分液管（6032）末端穿设至下端罐（602）底面下方与底部管（6031）贯通连接，底部管（6031）、分液管（6032）、下端罐（602）轴线位于同一条垂直线上，

底部管（6031）设置于水环（605）中心处、且底面与罐体（601）底面接触，底部管（6031）圆周面上设有进液口（60311），进液口（60311）与水道（6051）位于水环（605）内壁上的开口交错布置，

下端罐（602）底部呈环形阵列固定有若干片第一叶片（6021），第一叶片（6021）底面与罐体（601）底面接触、两端分别与底部管（6031）圆周面、水环（605）内壁接触，

下端罐（602）内部填充有无机水合盐，下端罐（602）内部圆周面上凸设有若干片叶片（6022），下端罐（602）旋转过程中，叶片（6022）搅动下端罐（602）内部的无机水合盐，使无机水合盐处于流动状态，使其与换热模块（603）热交换更加充分。

2.根据权利要求1所述的一种相变式储能换热装置，其特征在于：

所述的罐体（601）内部位于下端罐（602）的上方设有上端罐（606），上端罐（606）下方输油第三进液管（6061），第三进液管（6061）与分液管（6032）贯通连接，出液管（609）与上端罐（606）贯通连接处位于上端罐（606）顶面上，

上端罐（606）内部设有若干根储能棒（607），储能棒（607）之间、储能棒（607）与上端罐（606）内壁之间均通过导热片（608）相互固定连接。

3.根据权利要求2所述的一种相变式储能换热装置，其特征在于：

所述的储能棒（607）内部装有石蜡。

4.根据权利要求2或3所述的一种相变式储能换热装置，其特征在于：

所述的进液管（604）上设有温控三通阀（6041），温控三通阀（6041）两个出口一个与水道（6051）贯通连接、另一个贯通连接有第三支管（6042），

第三支管（6042）末端与第三进液管（6061）贯通连接。

5.根据权利要求4所述的一种相变式储能换热装置，其特征在于：

上端的分液管（6032）上设有单向阀（6043），单向阀（6043）的流通方向为从下向上。

6.根据权利要求5所述的一种相变式储能换热装置，其特征在于：

所述的温控三通阀（6041）入口处设有电控阀，

所述的温控三通阀（6041）一侧设有带有电控阀的旁通管路，旁通管路两端分别与进液管（604）、水道（6051）贯通连接。

7.根据权利要求1或2或3或5或6所述的一种相变式储能换热装置，其特征在于：

所述的循环泵（5）一侧并联有并联管线（8），所述的并联管线（8）上设有另一个循环泵（5）。

8.根据权利要求1或2或3或5或6所述的一种相变式储能换热装置，其特征在于：

所述的换热器（4 ）石油出口处通过管路贯通连接有电加热器（7）。

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