CN113883731B - 一种储热系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种储热系统，包括储罐、输送泵及空间占位机构，储罐具有容纳储热介质的第一腔体，输送泵于储罐的顶部插入第一腔体内，用于将第一腔体内的储热介质泵出至储罐的外部，空间占位机构设置于第一腔体内，并且，空间占位机构由第一状态转变为第二状态，可以使第一腔体内的储热介质液位升高，将现有储罐设计底部的“死区盐”充分利用起来，以极小的成本提高熔盐储能系统的经济性。

Description

一种储热系统

技术领域

本发明属于太阳能热发电领域，尤其涉及一种储热系统。

背景技术

目前，大规模基于熔盐储热的太阳能热发电站的熔盐储热系统中，大量采用的解决方案是立式圆柱形拱顶熔盐储罐(以下简称熔盐储罐)+立式液下长轴熔盐泵(以下简称熔盐泵)，由于熔盐储罐的运行特点和熔盐泵的运行特点决定了，在运行过程中，存在大量不能使用的熔盐，这部分熔盐用于满足熔盐泵运行的最低液位要求，这就导致了熔盐的浪费。以100MW储热12小时的塔式熔盐电站为例，这部分不能使用的熔盐量可达5000到6000t，造成的储罐+熔盐的成本增加可达4000到5000万元。

发明内容

本发明的目的是提供一种储热系统，将现有熔盐储罐设计中的“死区盐”充分利用起来，以极小的成本提高熔盐储能系统的经济性。

为解决上述问题，本发明的技术方案为：

本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

一种储热系统，包括：

储罐，所述储罐具有容纳储热介质的第一腔体；

输送泵，用于将所述第一腔体内的储热介质泵出至储罐的外部；

空间占位机构，设置于所述第一腔体内，并且，所述空间占位机构由第一状态转变为第二状态，可以使第一腔体内的储热介质液位升高。

优选地，所述空间占位机构为设置于所述第一腔体内的第二腔体，所述第二腔体在第一状态时，第二腔体内部充填有储热介质，所述第二腔体在第二状态时，第二腔体内部充填的储热介质可被全部或部分排出至所述第一腔体内，以使所述第一腔体内的储热介质液位升高。

优选地，所述空间占位机构为设置于所述第一腔体内的第一胀缩机构，所述第一胀缩机构在第一状态时的体积小于所述第一胀缩机构在第二状态时的体积。

优选地，当需要升高所述第一腔体内的储热介质液位时，于所述第二腔体内充填气体，将所述第二腔体内的储热介质排出至所述第一腔体内，进而使得所述第一腔体内的储热介质液位升高。

优选地，所述第二腔体内设置有第二胀缩机构，当需要升高所述第一腔体内的储热介质液位时，于所述第二胀缩机构内充填介质，所述第二胀缩机构体积变大，将所述第二腔体内的储热介质排出至所述第一腔体内，进而使得所述第一腔体内的储热介质液位升高。

优选地，当需要升高所述第一腔体内的储热介质液位时，于所述第一胀缩机构内充填介质，所述第一胀缩机构体积变大，进而使得所述第一腔体内的储热介质液位升高。

优选地，还包括压缩气源及输气装置，所述压缩气源通过所述输气装置给所述第二腔体或所述第二胀缩机构或所述第一胀缩机构输送气体介质。

优选地，所述输气装置包括进气管道、排气管道、进气阀门及排气阀门，所述进气管道的一端与所述压缩气源相连，所述进气管道的另一端与所述第二腔体或所述第二胀缩机构或所述第一胀缩机构相连，所述进气阀门设于所述进气管道靠近所述压缩气源的一端，所述排气管道的一端设于所述进气管道的中部，所述排气管道的另一端为与大气连通的自由端，所述排气阀门设于所述排气管道上。

优选地，所述进气管道上还设有压力传感器，所述压力传感器位于所述进气阀门与所述排气管道之间，所述压力传感器用于检测所述进气管道内的压力值，并根据检测到的压力值决定所述进气阀门的关闭及所述排气阀门的开启。

优选地，还包括置于所述第一腔体内的排液管道，所述排液管道的一端与所述第二腔体的下端相连，所述排液管道的另一端向上延伸至所述第一腔体的最低液位处或者最低液位处之上。

1)本发明提供了一种储热系统，包括储罐、输送泵及空间占位机构，储罐具有容纳储热介质的第一腔体，输送泵用于将第一腔体内的储热介质泵出至储罐的外部，空间占位机构设置于第一腔体内，并且，空间占位机构由第一状态转变为第二状态，可以使第一腔体内的储热介质液位升高，将现有储罐设计底部的“死区盐”充分利用起来，以极小的成本提高储热系统的经济性。

2)本发明提供了一种储热系统，第二腔体内设置有第二胀缩机构，当需要升高所述第一腔体内的储热介质液位时，于第二胀缩机构内充填介质，第二胀缩机构体积变大，将第二腔体内的储热介质排出至第一腔体内，进而使得第一腔体内的储热介质液位升高，第二胀缩机构将充填介质与储热介质进行物理隔离。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的一种储热系统的结构示意图；

图2为本发明实施例二提供的一种储热系统的结构示意图。

附图标记说明：

1：储罐；11：第一腔体；2：输送泵；3：第二腔体；4：第二胀缩机构；6：压缩气源；7：输气装置；71：进气管道；72：排气管道；73：进气阀门；74：排气阀门；75：压力传感器；8：排液管道。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种储热系统作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。

实施例一

参看图1，本实施例提供了一种储热系统，包括储罐1、输送泵2及空间占位机构；

储罐1具有容纳储热介质的的第一腔体11，第一腔体11内设有最低运行液位和最高运行液位，在本实施例中，储罐1为立式圆柱形拱顶储罐，储热介质采用熔盐储热介质；其中，第一腔体11的最高运行液位是由储罐1本身设计的容纳能力决定的，第一腔体11的最低运行液位是由输送泵2的最低运行液位决定的。

输送泵2于储罐1的顶部插入至第一腔体11内，在本实施例中，输送泵2采用立式液下长轴泵，输送泵2用于将第一腔体内的储热介质泵出至储罐1的外部，输送泵2对储罐1存在最低运行液位要求，当储罐1内的储热介质液位低于最低运行液位要求时，输送泵2将停止工作；

空间占位机构设置于第一腔体11内，并且，空间占位机构由第一状态转变为第二状态，可以使第一腔体11内的储热介质液位升高，在本实施例中，空间占位机构的具体结构及工作过程介绍如下；

参看图1所述，在本实施例中，空间占位机构为设置于第一腔体11内的第二腔体3，且第二腔体3设置于第一腔体11的底部，第二腔体3的顶部开设有进气口，第二腔体3的侧面靠近底部处开设有排液口，第二腔体3的上端面与储罐1的最低运行液位等高或者高于储罐1的最低运行液位，但不得高于储罐1的最高运行液位，第二腔体3在第一状态时，第二腔体3内部充填有储热介质，第二腔体3在第二状态时，第二腔体3内部充填的储热介质可被全部或部分排出至第一腔体11内，可以使第一腔体11内的储热介质液位升高。具体地，当需要升高第一腔体11内的储热介质液位时，于第二腔体3的进气口处向第二腔体3内充填气体，将第二腔体3内的储热介质通过第二腔体3的排液口排出至第一腔体11内，进而使得第一腔体11的储热介质液位升高，进而将原本位于储罐底部的“死区盐”充分利用起来，设置了空间占位机构的储罐与现有技术中不设置空间占位机构的储罐相比，储罐中储热介质的储量并未明显减少，但不可被利用的储热介质的量却大幅减少，以极小的成本提高储热系统的经济性。

在此对第二腔体3向第一腔体11内排储热介质的时机做一个说明，首先，任何合适的时机均可，本实施例中对此不予限制，只要第一腔体11中的液位低于最高运行液位时，就可以向第二腔体3内填充气体将第二腔体3内的储热介质排出至第一腔体11内，只是如果此时就开始向第二腔体3内充入气体进行排液，则需要一直使用高压气体来维持第二腔体3处于高压状态来进行排液，浪费能量；如果当在第一腔体11内的储热介质液位降低至最低液位要求时，再向第二腔体3内填充气体将第二腔体3内的储热介质排出至第一腔体11内，虽然可以最大限度节约气体能量，但一旦第一腔体11内储热介质液位降低至最低液位要求时，输送泵2就已经停止工作，会导致整个工作过程的间断，进而降低效率；故作为本实施例的一个优选例，当第一腔体11内的储热介质液位在接近最低液位要求时，开始向第二腔体3内填充气体将第二腔体3内的储热介质排出至第一腔体11内，此时，第一腔体11内的液位较低，压强较小，高压气体不需要太大的压力就能将第二腔体3内的储热介质排出，并且，排出的储热介质也很快被输送泵2泵出，所以高压气体维持的时间无需太长，并且输送泵2可以连续工作，不影响工作效率，经济性最高。

作为本实施例的一个优选例，本实施例提供的一种储热系统还包括压缩气源6和输气装置7，压缩气源6通过输气装置7给第二腔体3内输送气体介质，在本实施例中，压缩气源6可以选用压缩空气，输气装置7包括进气管道71、排气管道72、进气阀门73及排气阀门74，进气管道71的一端与压缩气源6相连，进气管道72的另一端与第二腔体3的进气口相连，将压缩气源6中的气体介质输送至第二腔体3内，进气阀门73设于进气管道71靠近压缩气源6的一端，用于控制是否向第二腔体3内输送气体介质，排气管道72的一端设于进气管道71的中部，排气管道72的另一端为与大气连通的自由端，用于将充入第二腔体3内的气体介质排出，排气阀门74设于排气管道72上，作为本实施例的一个优选例，进气管道72上还设有压力传感器75，压力传感器75位于进气阀门73与排气管道72之间，压力传感器75用于检测进气管道72内的压力值，当压力传感器75检测到压力值发生突变时，向输送泵2及进气阀门73发送关闭信号，向排气阀门74发送开启信号。

作为本实施例的一个优选例，本实施例提供的一种储热系统还包括置于第一腔体11内的排液管道8，排液管道8内的一端与第二腔体3的排液口相连，排液管道8的另一端向上延伸至第一腔体11的最低液位处或者最低液位处之上，高压气体只需克服大气压就可以将第二腔体3内的熔盐排出。

本实施例提供的一种储热系统的运行方法如下：熔盐泵2用于抽取第一腔体11内的熔盐，当第一腔体11内的熔盐液位不断下降并开始接近于第一腔体11内的最低运行液位时，开启进气阀门73，将压缩气源6中的压缩空气通过进气管道71输送至第二腔体3内，从而使得第二腔体3内的压力上升，进而将第二腔体3内的熔盐通过排液管道8排出至第二腔体3外，输送至第一腔体11内，第一腔体11内的熔盐液位上升，持续保证第一腔体11内的熔盐液位大于最低运行液位，满足输送泵2的最低液位运行要求，输送泵2将位于储罐1底部的熔盐抽取出去进行利用，直至当第二腔体3内的熔盐被完全或者大部分压出第二腔体3外后，排液管道8将直接与大气相通，此时，压力传感器75检测到压力信号的突变，说明此时第二腔体3内已无可用熔盐，压力传感器75将此突变信号作为输送泵2的停机信号，同时关闭进气阀门73，开启排气阀门74；于第一腔体11内补充熔盐时，当第一腔体11的熔盐液位不断升高，升高至排液管道8的上端面时，第一腔体11内的熔盐将通过排液管道8再次进入第二腔体3内，进而将第二腔体3内的空气依次经由进气管道71和排气管道72排入大气中，直至第二腔体3内充满熔盐，第一腔体11内的熔盐液位持续上升，直至熔盐液位达到最高运行液位时，此时关闭排气阀门74。

实施例二

参看图2所示，本实施例提供了一种储热系统，包括储罐1、输送泵2及空间占位机构；

储罐1具有容纳储热介质的的第一腔体11，第一腔体11内设有最低运行液位和最高运行液位，在本实施例中，储罐1为立式圆柱形拱顶储罐，储热介质采用熔盐储热介质，其中，第一腔体11的最高运行液位是由储罐1本身设计的容纳能力决定的，第一腔体11的最低运行液位是由输送泵2的最低运行液位决定的；

输送泵2于储罐1的顶部插入至第一腔体11内，在本实施例中，输送泵2采用立式液下长轴泵，输送泵2用于将第一腔体内的储热介质泵出至储罐1的外部，输送泵2对储罐1存在最低运行液位要求，当储罐1内的储热介质液位低于最低运行液位要求时，输送泵2将停止工作；

空间占位机构设置于第一腔体11内，并且，空间占位机构由第一状态转变为第二状态，可以使第一腔体11内的储热介质液位升高，在本实施例中，空间占位机构的具体结构及工作过程介绍如下；

参看图2所述，在本实施例中，空间占位机构为包括设置于第一腔体11内的第二腔体3及置于第二腔体3内的第二胀缩机构4，且第二腔体3设置于第一腔体11的底部，第二腔体3的侧面靠近底部处开设有排液口，第二胀缩机构4上开设有进气口，第二腔体3的上端面与储罐1的最低运行液位等高或者高于储罐1的最低运行液位，但不得高于储罐1的最高运行液位，当第二胀缩机构4在第一状态时，第二腔体3内部充填有储热介质，第二胀缩机构4在第二状态时，第二腔体3内部充填的储热介质可被全部或部分排出至第一腔体11内，可以使第一腔体11内的储热介质液位升高。具体地，当第一腔体11内的储热介质液位降低至接近储罐1的最低液位要求时，于第二胀缩机构4的进气口处向第二胀缩机构4内充填介质，第二胀缩机构4体积变大，将第二腔体3内的储热介质通过第二腔体3的排液口排出至第一腔体11内，进而使得第一腔体11的储热介质液位升高，进而将原本位于储罐底部的“死区盐”充分利用起来，设置了空间占位机构的储罐与现有技术中不设置空间占位机构的储罐相比，储罐中储热介质的储量并未明显减少，但不可被利用的储热介质的量却大幅减少，以极小的成本提高熔盐储能系统的经济性，第二胀缩机构4将压缩气源6与储热介质进行物理隔离。

在本实施例中，充填介质可以是气体，也可以是液体，当充填介质是压缩空气时，其排气管直接与大气连通，当充填介质是液体、氮气或者其他可用介质时，充填介质循环利用。

作为本实施例的一个优选例，本实施例中的充填介质采用空气，本实施例提供的一种储热系统还包括压缩气源6和输气装置7，压缩气源6通过输气装置7给第二胀缩机构4内输送气体介质，在本实施例中，压缩气源6可以选用压缩空气，输气装置7包括进气管道71、排气管道72、进气阀门73及排气阀门74，进气管道71的一端与压缩气源6相连，进气管道72的另一端与第二胀缩机构4的进气口相连，将压缩气源6中的气体介质输送至第二胀缩机构4内，进气阀门73设于进气管道71靠近压缩气源6的一端，用于控制是否向第二胀缩机构4内输送气体介质，排气管道72的一端设于进气管道71的中部，排气管道72的另一端为与大气连通的自由端，用于将充入第二胀缩机构4内的气体介质排出，排气阀门74设于排气管道72上，作为本实施例的一个优选例，进气管道72上还设有压力传感器75，压力传感器75位于进气阀门73与排气管道72之间，压力传感器75用于检测进气管道72内的压力值，当压力传感器75检测到压力值发生突变时，向输送泵2及进气阀门73发送关闭信号，向排气阀门74发送开启信号。

作为本实施例的一个优选例，本实施例提供的一种储热系统还包括置于第一腔体11内的排液管道8，排液管道8内的一端与第二腔体3的排液口相连，排液管道8的另一端向上延伸至第一腔体11的最低液位处或者最低液位处之上。

本实施例提供的一种储热系统的运行方法如下：熔盐泵2用于抽取第一腔体11内的熔盐，当第一腔体11内的熔盐液位不断下降并开始低于第一腔体11内的最低运行液位时，开启进气阀门73，将压缩气源6中的压缩空气通过进气管道71输送至第二胀缩机构4内，第二胀缩机构4体积变大，进而将第二腔体3内的熔盐通过排液管道8排出至第二腔体3外，输送至第一腔体11内，第一腔体11内的熔盐液位上升，持续保证第一腔体11内的熔盐液位大于最低运行液位，满足输送泵2的最低液位运行要求，输送泵2将位于储罐1底部的熔盐抽取出去进行利用，待压力传感器75检测到进气管道71内的压力值与压缩气源6压力一致或接近时，可认为第二胀缩机构4的体积膨胀，第二腔体3内的熔盐被完全或者大部分压出第二腔体3外，排液管道8将直接与大气相通，此时，向输送泵2发送停机信号，同时关闭进气阀门73，开启排气阀门74；于第一腔体11内补充熔盐时，当第一腔体11的熔盐液位不断升高，升高至排液管道8的上端面时，第一腔体11内的熔盐将通过排液管道8再次进入第二腔体3内，第二胀缩机构4的体积将会由于熔盐的进入而不断减小，第二胀缩机构4的气体依次经由进气管道71和排气管道72排入大气中，直至压力传感器75检测到的压力值与大气值基本一致时，可认为第二腔体3内充满熔盐，此时关闭排气阀门74。

实施例三

本实施例提供了一种储热系统，包括储罐、输送泵及空间占位机构；

储罐具有容纳储热介质的的第一腔体，第一腔体内设有最低运行液位和最高运行液位，在本实施例中，储罐为立式圆柱形拱顶储罐，储热介质采用熔盐储热介质，其中，第一腔体的最高运行液位是由储罐本身设计的容纳能力决定的，第一腔体的最低运行液位是由输送泵的最低运行液位决定的；

输送泵于储罐的顶部插入至第一腔体内，在本实施例中，输送泵采用立式液下长轴泵，输送泵用于将第一腔体内的储热介质泵出至储罐的外部，输送泵对储罐存在最低运行液位要求，当储罐内的储热介质液位低于最低运行液位要求时，输送泵将停止工作；

空间占位机构设置于第一腔体内，并且，空间占位机构由第一状态转变为第二状态，可以使第一腔体内的储热介质液位升高；

在本实施例中，空间占位机构为与实施例二中的第二胀缩机构类似的第一胀缩机构，第一胀缩机构设置于第一腔体的底部，第一胀缩机构在第一状态时的体积小于第一胀缩机构在第二状态时的体积，第一胀缩机构上开设有进气口，具体地，当第一腔体内的储热介质液位降低至接近最低液位要求时，于第一胀缩机构内充填介质，第一胀缩机构体积变大，进而使得第一腔体内的储热介质液位升高，进而将原本位于储罐底部的“死区盐”充分利用起来，设置了空间占位机构的储罐与现有技术中不设置空间占位机构的储罐相比，储罐中储热介质的储量并未明显减少，但不可被利用的储热介质的量却大幅减少，以极小的成本提高熔盐储能系统的经济性。

在本实施例中，充填介质可以是气体，也可以是液体，当充填介质是压缩空气时，其排气管直接与大气连通，当充填介质是液体、氮气或者其他可用介质时，充填介质循环利用。

作为本实施例的一个优选例，本实施例提供的一种储热系统还包括压缩气源和输气装置，输气装置包括进气管道、排气管道、进气阀门及排气阀门，进气管道上还设有压力传感器，本实施例中的压缩气源、输气装置及压力传感器的结构及工作原理与实施例二一致，此处不予累述，

本实施例提供的一种储热系统的运行方法如下：熔盐泵用于抽取第一腔体内的熔盐，当第一腔体内的熔盐液位不断下降并开始接近第一腔体内的最低运行液位时，开启进气阀门，将压缩气源中的压缩空气通过进气管道输送至第一胀缩机构内，第一胀缩机构体积变大，进而使得第一腔体内的熔盐液位上升，持续保证第一腔体内的熔盐液位大于最低运行液位，满足输送泵的最低液位运行要求，输送泵将位于储罐底部的熔盐抽取出去进行利用，待压力传感器检测到进气管道内的压力值与压缩气源压力一致或接近时，可认为第一胀缩机构的体积膨胀，此时，向输送泵发送停机信号，同时关闭进气阀门，开启排气阀门；于第一腔体内补充熔盐时，第一胀缩机构的体积将会由于熔盐的进入而不断减小，第一胀缩机构的气体依次经由进气管道和排气管道排入大气中，直至压力传感器检测到的压力值与大气值基本一致时，可认为第一胀缩机构内的气体已被排出，此时关闭排气阀门。

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。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种储热系统，其特征在于，包括：

储罐，所述储罐具有容纳储热介质的第一腔体；

输送泵，用于将所述第一腔体内的储热介质泵出至储罐的外部；

空间占位机构，设置于所述第一腔体内，并且，所述空间占位机构由第一状态转变为第二状态，可以使第一腔体内的储热介质液位升高；

所述空间占位机构为设置于所述第一腔体内的第二腔体，所述第二腔体在第一状态时，第二腔体内部充填有储热介质，所述第二腔体在第二状态时，第二腔体内部充填的储热介质可被全部或部分排出至所述第一腔体内，以使所述第一腔体内的储热介质液位升高；

排液管道，所述排液管道置于所述第一腔体内，所述排液管道的一端向上延伸至所述第一腔体的最低液位处或者最低液位处之上，且位于第一腔体的最高运行液位之下，所述排液管道的另一端与所述第二腔体的下端相连。

2.根据权利要求1所述的一种储热系统，其特征在于，当需要升高所述第一腔体内的储热介质液位时，于所述第二腔体内充填气体，将所述第二腔体内的储热介质排出至所述第一腔体内，进而使得所述第一腔体内的储热介质液位升高。

3.根据权利要求2所述的一种储热系统，其特征在于，所述第二腔体内设置有第二胀缩机构，当需要升高所述第一腔体内的储热介质液位时，于所述第二胀缩机构内充填介质，所述第二胀缩机构体积变大，将所述第二腔体内的储热介质排出至所述第一腔体内，进而使得所述第一腔体内的储热介质液位升高。

4.根据权利要求3所述的一种储热系统，其特征在于，还包括压缩气源及输气装置，所述压缩气源通过所述输气装置给所述第二腔体或所述第二胀缩机构输送气体介质。

5.根据权利要求4所述的一种储热系统，其特征在于，所述输气装置包括进气管道、排气管道、进气阀门及排气阀门，所述进气管道的一端与所述压缩气源相连，所述进气管道的另一端与所述第二腔体或所述第二胀缩机构相连，所述进气阀门设于所述进气管道靠近所述压缩气源的一端，所述排气管道的一端设于所述进气管道的中部，所述排气管道的另一端为与大气连通的自由端，所述排气阀门设于所述排气管道上。

6.根据权利要求5所述的一种储热系统，其特征在于，所述进气管道上还设有压力传感器，所述压力传感器位于所述进气阀门与所述排气管道之间，所述压力传感器用于检测所述进气管道内的压力值，并根据检测到的压力值决定所述进气阀门的关闭及所述排气阀门的开启。