CN112461026B - 一种采用二元盐吸收熔融电石热能的储热设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用二元盐吸收熔融电石热能的储热设备，包括保温壳体，保温壳体内嵌储盐罐，储盐罐下圆筒设厚壁旋转套管、螺旋水管及第一螺旋叶片；厚壁旋转套套接从动齿轮I，从动齿轮I啮合主动齿轮，主动齿轮、风轮仓及涡扇叶同轴设置；螺旋水管连通保温壳体和储水箱；储盐罐上圆筒内切熔融液进料筒，熔融液进料筒设第二轴和第二螺旋叶片。本发明首次采用二元盐吸收熔融电石热能，设计特殊结构的保温壳体和储盐罐，通过螺旋挤压提升结构和阿基米德水泵提升结构可实现二元盐的翻搅、水提升传送及水换热预热过程，通过螺旋挤压提升结构将电石液提升并增强搅拌；本发明换热效率高，不插电、耗能少，且能避免二元盐结块，节约维护成本。

Description

一种采用二元盐吸收熔融电石热能的储热设备

技术领域

本发明涉及电石生产技术领域，尤其涉及一种采用二元盐吸收熔融电石热能的储热设备。

背景技术

目前,在电石生产厂中,从电石炉排出的熔融状态电石,是放置在空气中靠长时间自然冷却固化的，熔融碳化钙固化时放出的溶解热(潜热)和固化后降温过程中放出的热量(显热)均未被回收利用，这种让大量热能任意散失的工艺是不合理的。

本发明试图将二元熔盐引入到熔融电石余热的回收利用中，经调研发现熔盐是一种优良的传热储热介质，二元熔盐一般由60%的硝酸钠和40%的硝酸钾混合而成。相比于电化学储能，熔盐储能在可再生能源消纳、清洁能源取暖等方面，具有更多优势。熔盐储能作为可再生能源发展的重要支撑点之一，既可以大规模集中应用于光热发电储能、新能源废弃电力利用、电网调峰等领域，也可以分布式应用于智慧能源、清洁能源集中供热、清洁能源热电冷联供等领域，尤其在光热领域，可显著提高发电系统的热效率、系统的可靠性和经济性。

但是在现有光伏储热系统中，熔盐罐是关键设备之一，现有光伏系统的熔盐罐的内壁极易产生盐块粘结，经常需要收刮和清洗处理，而且现有熔盐罐无法直接采集熔融电石的热量，固需要进行系统的设计。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种采用二元盐吸收熔融电石热能的储热设备。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种采用二元盐吸收熔融电石热能的储热设备，包括保温壳体，保温壳体具体是端面为方形、侧面为平行四边形的框体结构，保温壳体内嵌有斜置的储盐罐，储盐罐为上下两个圆筒相交而成的截面为葫芦状的异形筒结构，且储盐罐下圆筒半径小于上圆筒半径，储盐罐下圆筒与上圆筒的轴心线相平行，储盐罐下圆筒轴心线与保温壳体的方形端面相垂直，储盐罐下圆筒两端面的圆心位置分别通过密封轴承套接有厚壁旋转套管，厚壁旋转套管穿接有螺旋水管，厚壁旋转套管伸入下圆筒内的轴壁部分固定设有第一螺旋叶片，第一螺旋叶片边缘处与下圆筒之间间隙不超过1cm；

螺旋水管从厚壁旋转套管底端开口进入厚壁旋转套管内，到达下圆筒内时伸出厚壁旋转套管并固定绕接在第一螺旋叶片的边缘处，即将伸出下圆筒外时再伸入厚壁旋转套管并一直延伸出厚壁旋转套管顶端开口，从而形成一种类似阿基米德泵的水管结构，当厚壁旋转套管转动时，即可带动水从螺旋水管底端运送到顶端位置，完成水运输过程；

厚壁旋转套管顶端固定套接有从动齿轮I，从动齿轮I下部啮合有主动齿轮，主动齿轮通过第一轴套接在保温壳体的方形端面下部的轴承孔中，第一轴中部穿接有风轮仓，风轮仓为圆形，风轮仓通过支撑架固定安装保温壳体外壁，第一轴伸入风轮仓内的轴壁环形分布有涡扇叶，风轮仓的弧面切向连通有蒸汽进管和蒸汽排管，蒸汽进管和蒸汽排管沿风轮仓圆心呈中心对称设置；

螺旋水管顶端连通在保温壳体侧壁的底部位置，螺旋水管底端伸入在储水箱内液面底部位置，储水箱顶部开设有加水口；

储盐罐下圆筒的斜坡底部位置开设有二元盐出口，储盐罐上圆筒的中部开设有二元盐进口，储盐罐上圆筒的顶部内切有熔融液进料筒，熔融液进料筒的圆心位置设置有第二轴，第二轴伸入熔融液进料筒内的轴壁部分固定设有第二螺旋叶片，第二螺旋叶片边缘处与熔融液进料筒之间间隙不超过1cm，熔融液进料筒顶端面的下部开设有电石出口，位于斜坡底部的熔融液进料筒圆柱面顶壁开设有熔融液进料管；

从动齿轮I上部啮合有从动齿轮II，从动齿轮II通过第三轴套接在上圆筒端面的轴承孔中，从动齿轮II上部啮合有从动齿轮III，从动齿轮III固定套接在第二轴顶端位置。

优选地，保温壳体具体为内衬保温石棉材质的高铝质耐火砖，避免熔融电石热量的无故损失。

优选地，储盐罐、熔融液进料筒均为高导热SiC陶瓷材料，便于将电石熔融液的热量吸收。

优选地，螺旋水管伸入保温壳体底部的管壁部分开设止逆阀，阻止保温壳体内水回灌到储水箱。

优选地，二元盐由60%的硝酸钠和40%的硝酸钾混合而成，此为现有光伏储热系统常用组分，其相变温度达140-150℃，保证储盐罐内部温度始终高于200℃，再加上第一螺旋叶片的搅拌，储盐罐内部基本无固体粘结残留。

其使用过程如下：

S1、由熔融液进料筒通过壁传导传递到储盐罐空腔中气体，再从储盐罐通过壁传导传递到保温壳体中，对水进行超高温加热，产生的蒸汽经由风轮仓的涡扇叶带动旋转后得到收集；

S2、蒸汽带动涡扇叶及主动齿轮旋转，并依次带动从动齿轮I、从动齿轮II及从动齿轮III旋转，使厚壁旋转套管及第二轴的旋转，第二轴的旋转带动第二螺旋叶片螺旋推进熔融液进料筒的电石液，达到提升电石液的功能；

S3、储盐罐下筒体内的二元盐受热融化，厚壁旋转套管的旋转一方面带动第一螺旋叶片螺旋推进储盐罐下筒体内的二元盐，使不断提升、滑落并搅动，加快传热效率；另一方面厚壁旋转套管的旋转带动螺旋水管中的水不断提升，呈现阿基米德泵送水原理，从而将储水箱低温水缓慢运送至保温壳体中，且运送过程中螺旋水管与储盐罐下筒体内的二元盐进行换热，有预热效果，提高蒸汽发生效率。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明首次将二元盐作为储能材料用在熔融电石热能吸收的技术领域中，为实现这一目的，本发明设计特殊结构的保温壳体和储盐罐，储盐罐下部设有厚壁旋转套管、第一螺旋叶片及螺旋水管，将螺旋挤压提升结构和阿基米德水泵提升结构融于一体，同时实现二元盐的翻搅、水提升传送及水换热预热过程，大幅提高换热效率，避免二元盐结块，从而节约维护成本；

本发明在储盐罐上部设有熔融液进料筒，熔融液进料筒设第二轴及第二螺旋叶片，通过螺旋挤压提升结构将电石液提升并增强搅拌及换热效果，同时也起到刮洗熔融液进料筒内壁的作用，使电石液凝固后不结块，形成较均匀的颗粒；

以上动力由热传导产生蒸汽经过风轮仓内的涡扇叶提供，通过齿轮传动后，促使第一螺旋叶片和第二螺旋叶片的旋转提升料作用，不插电、耗能少，具有工业化应用潜质，值得大范围推广使用。

附图说明

图1为本发明提出的一种采用二元盐吸收熔融电石热能的储热设备的结构示意图；

图2为本发明提出的一种采用二元盐吸收熔融电石热能的储热设备中储盐罐及熔融液进料筒的位置结构示意图；

图3为本发明提出的一种采用二元盐吸收熔融电石热能的储热设备的齿轮传动结构示意图；

图4为本发明提出的一种采用二元盐吸收熔融电石热能的储热设备中风轮仓的平面结构示意图；

图5为本发明提出的一种采用二元盐吸收熔融电石热能的储热设备螺旋水管的位置分布示意图；

图中：保温壳体1、储盐罐2、厚壁旋转套管3、第一螺旋叶片4、螺旋水管5、从动齿轮I6、主动齿轮7、第一轴8、风轮仓9、涡扇叶10、蒸汽进管11、蒸汽排管12、储水箱13、加水口14、二元盐出口15、二元盐进口16、熔融液进料筒17、第二轴18、第二螺旋叶片19、电石出口20、熔融液进料管21、从动齿轮II22、第三轴23、从动齿轮III24。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

参照图1-5，一种采用二元盐吸收熔融电石热能的储热设备，包括保温壳体1，保温壳体1具体是端面为方形、侧面为平行四边形的框体结构，保温壳体1内嵌有斜置的储盐罐2，储盐罐2为上下两个圆筒相交而成的截面为葫芦状的异形筒结构，且储盐罐2下圆筒半径小于上圆筒半径，储盐罐2下圆筒与上圆筒的轴心线相平行，储盐罐2下圆筒轴心线与保温壳体1的方形端面相垂直，储盐罐2下圆筒两端面的圆心位置分别通过密封轴承套接有厚壁旋转套管3，厚壁旋转套管3穿接有螺旋水管5，厚壁旋转套管3伸入下圆筒内的轴壁部分固定设有第一螺旋叶片4，第一螺旋叶片4边缘处与下圆筒之间间隙不超过1cm；螺旋水管5从厚壁旋转套管3底端开口进入厚壁旋转套管3内，到达下圆筒内时伸出厚壁旋转套管3并固定绕接在第一螺旋叶片4的边缘处，即将伸出下圆筒外时再伸入厚壁旋转套管3并一直延伸出厚壁旋转套管3顶端开口，从而形成一种类似阿基米德泵的水管结构，当厚壁旋转套管3转动时，即可带动水从螺旋水管5底端运送到顶端位置，完成水运输过程；厚壁旋转套管3顶端固定套接有从动齿轮I6，从动齿轮I6下部啮合有主动齿轮7，主动齿轮7通过第一轴8套接在保温壳体1的方形端面下部的轴承孔中，第一轴8中部穿接有风轮仓9，风轮仓9为圆形，风轮仓9通过支撑架固定安装保温壳体1外壁，第一轴8伸入风轮仓9内的轴壁环形分布有涡扇叶10，风轮仓9的弧面切向连通有蒸汽进管11和蒸汽排管12，蒸汽进管11和蒸汽排管12沿风轮仓9圆心呈中心对称设置；螺旋水管5顶端连通在保温壳体1侧壁的底部位置，螺旋水管5底端伸入在储水箱13内液面底部位置，储水箱13顶部开设有加水口14；储盐罐2下圆筒的斜坡底部位置开设有二元盐出口15，储盐罐2上圆筒的中部开设有二元盐进口16，储盐罐2上圆筒的顶部内切有熔融液进料筒17，熔融液进料筒17的圆心位置设置有第二轴18，第二轴18伸入熔融液进料筒17内的轴壁部分固定设有第二螺旋叶片19，第二螺旋叶片19边缘处与熔融液进料筒17之间间隙不超过1cm，熔融液进料筒17顶端面的下部开设有电石出口20，位于斜坡底部的熔融液进料筒17圆柱面顶壁开设有熔融液进料管21；从动齿轮I6上部啮合有从动齿轮II22，从动齿轮II22通过第三轴23套接在上圆筒端面的轴承孔中，从动齿轮II22上部啮合有从动齿轮III24，从动齿轮III24固定套接在第二轴18顶端位置。

参照图1-5，保温壳体1具体为内衬保温石棉材质的高铝质耐火砖，避免熔融电石热量的无故损失。

参照图1-5，储盐罐2、熔融液进料筒17均为高导热SiC陶瓷材料，便于将电石熔融液的热量吸收。

参照图1-5，螺旋水管5伸入保温壳体1底部的管壁部分开设止逆阀，阻止保温壳体1内水回灌到储水箱13。

参照图1-5，二元盐由60%的硝酸钠和40%的硝酸钾混合而成，此为现有光伏储热系统常用组分，其相变温度达140-150℃，保证储盐罐2内部温度始终高于200℃，再加上第一螺旋叶片4的搅拌，储盐罐2内部基本无固体粘结残留。

本发明的工作过程，参照图1-5，包括以下步骤：

S1、由熔融液进料筒17通过壁传导传递到储盐罐2空腔中气体，再从储盐罐2通过壁传导传递到保温壳体1中，对水进行超高温加热，产生的蒸汽经由风轮仓9的涡扇叶10带动旋转后得到收集；

S2、蒸汽带动涡扇叶10及主动齿轮7旋转，并依次带动从动齿轮I6、从动齿轮II22及从动齿轮III24旋转，使厚壁旋转套管3及第二轴18的旋转，第二轴18的旋转带动第二螺旋叶片19螺旋推进熔融液进料筒17的电石液，达到提升电石液的功能；

S3、储盐罐2下筒体内的二元盐受热融化，厚壁旋转套管3的旋转一方面带动第一螺旋叶片4螺旋推进储盐罐2下筒体内的二元盐，使不断提升、滑落并搅动，加快传热效率；另一方面厚壁旋转套管3的旋转带动螺旋水管5中的水不断提升，呈现阿基米德泵送水原理，从而将储水箱13低温水缓慢运送至保温壳体1中，且运送过程中螺旋水管5与储盐罐2下筒体内的二元盐进行换热，有预热效果，提高蒸汽发生效率。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种采用二元盐吸收熔融电石热能的储热设备，其特征在于，包括保温壳体（1），所述保温壳体（1）具体是端面为方形、侧面为平行四边形的框体结构，所述保温壳体（1）内嵌有斜置的储盐罐（2），所述储盐罐（2）为上下两个圆筒相交而成的截面为葫芦状的异形筒结构，且储盐罐（2）下圆筒半径小于上圆筒半径，所述储盐罐（2）下圆筒与上圆筒的轴心线相平行，所述储盐罐（2）下圆筒轴心线与保温壳体（1）的方形端面相垂直，所述储盐罐（2）下圆筒两端面的圆心位置分别通过密封轴承套接有厚壁旋转套管（3），所述厚壁旋转套管（3）穿接有螺旋水管（5），所述厚壁旋转套管（3）伸入下圆筒内的轴壁部分固定设有第一螺旋叶片（4），所述第一螺旋叶片（4）边缘处与下圆筒之间间隙不超过1cm；

所述螺旋水管（5）从厚壁旋转套管（3）底端开口进入厚壁旋转套管（3）内，到达下圆筒内时伸出厚壁旋转套管（3）并固定绕接在第一螺旋叶片（4）的边缘处，即将伸出下圆筒外时再伸入厚壁旋转套管（3）并一直延伸出厚壁旋转套管（3）顶端开口；

所述厚壁旋转套管（3）顶端固定套接有从动齿轮I（6），所述从动齿轮I（6）下部啮合有主动齿轮（7），所述主动齿轮（7）通过第一轴（8）套接在保温壳体（1）的方形端面下部的轴承孔中，所述第一轴（8）中部穿接有风轮仓（9），所述风轮仓（9）为圆形，所述风轮仓（9）通过支撑架固定安装在 保温壳体（1）外壁，所述第一轴（8）伸入风轮仓（9）内的轴壁环形分布有涡扇叶（10），所述风轮仓（9）的弧面切向连通有蒸汽进管（11）和蒸汽排管（12），所述蒸汽进管（11）和蒸汽排管（12）沿风轮仓（9）圆心呈中心对称设置；

所述螺旋水管（5）顶端连通在保温壳体（1）侧壁的底部位置，所述螺旋水管（5）底端伸入在储水箱（13）内液面底部位置，所述储水箱（13）顶部开设有加水口（14）；

所述储盐罐（2）下圆筒的斜坡底部位置开设有二元盐出口（15），所述储盐罐（2）上圆筒的中部开设有二元盐进口（16），所述储盐罐（2）上圆筒的顶部内切有熔融液进料筒（17），所述熔融液进料筒（17）的圆心位置设置有第二轴（18），所述第二轴（18）伸入熔融液进料筒（17）内的轴壁部分固定设有第二螺旋叶片（19），所述第二螺旋叶片（19）边缘处与熔融液进料筒（17）之间间隙不超过1cm，所述熔融液进料筒（17）顶端面的下部开设有电石出口（20），位于斜坡底部的所述熔融液进料筒（17）圆柱面顶壁开设有熔融液进料管（21）；

所述从动齿轮I（6）上部啮合有从动齿轮II（22），所述从动齿轮II（22）通过第三轴（23）套接在上圆筒端面的轴承孔中，所述从动齿轮II（22）上部啮合有从动齿轮III（24），所述从动齿轮III（24）固定套接在第二轴（18）顶端位置。

2.根据权利要求1所述的一种采用二元盐吸收熔融电石热能的储热设备，其特征在于，所述保温壳体（1）具体为内衬保温石棉材质的高铝质耐火砖，避免熔融电石热量的无故损失。

3.根据权利要求1所述的一种采用二元盐吸收熔融电石热能的储热设备，其特征在于，所述储盐罐（2）、熔融液进料筒（17）均为高导热SiC陶瓷材料，便于将电石熔融液的热量吸收。

4.根据权利要求1所述的一种采用二元盐吸收熔融电石热能的储热设备，其特征在于，所述螺旋水管（5）伸入保温壳体（1）底部的管壁部分开设止逆阀，阻止保温壳体（1）内水回灌到储水箱（13）。

5.根据权利要求1所述的一种采用二元盐吸收熔融电石热能的储热设备，其特征在于，所述二元盐由60%的硝酸钠和40%的硝酸钾混合而成，此为现有光伏储热系统常用组分，其相变温度达140-150℃，保证储盐罐（2）内部温度始终高于200℃，再加上第一螺旋叶片（4）的搅拌，储盐罐（2）内部基本无固体粘结残留。

6.根据权利要求1所述的一种采用二元盐吸收熔融电石热能的储热设备，其特征在于，其使用过程如下：

S1、由熔融液进料筒（17）通过壁传导传递到储盐罐（2）空腔中气体，再从储盐罐（2）通过壁传导传递到保温壳体（1）中，对水进行超高温加热，产生的蒸汽经由风轮仓（9）的涡扇叶（10）带动旋转后得到收集；

S2、蒸汽带动涡扇叶（10）及主动齿轮（7）旋转，并依次带动从动齿轮I（6）、从动齿轮II（22）及从动齿轮III（24）旋转，使厚壁旋转套管（3）及第二轴（18）的旋转，第二轴（18）的旋转带动第二螺旋叶片（19）螺旋推进熔融液进料筒（17）的电石液，达到提升电石液的功能；

S3、储盐罐（2）下筒体内的二元盐受热融化，厚壁旋转套管（3）的旋转一方面带动第一螺旋叶片（4）螺旋推进储盐罐（2）下筒体内的二元盐，使不断提升、滑落并搅动，加快传热效率；另一方面厚壁旋转套管（3）的旋转带动螺旋水管（5）中的水不断提升，呈现阿基米德泵送水原理，从而将储水箱（13）低温水缓慢运送至保温壳体（1）中，且运送过程中螺旋水管（5）与储盐罐（2）下筒体内的二元盐进行换热，有预热效果，提高蒸汽发生效率。

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