CN115325866A - 一种可移动式单罐储热换热装置及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可移动式单罐储热换热装置及系统，该装置包括主体立式单罐、径向水平绝热隔板、轴向绝热环形隔板、热源和取热螺旋盘管换热器。本发明通过在主体立式单罐充满储热介质，径向水平绝热隔板和轴向绝热环形隔板设置于主体立式单罐内部，径向水平绝热隔板隔绝罐内的冷储热介质和热储热介质，轴向绝热环形隔板调节罐内储热介质运动方向，热源设置于主体立式单罐底部，加热罐内储热介质，取热螺旋盘管换热器设置于轴向绝热环形隔板与主体立式单罐的内壁之间的环形通道，对取热介质与储热介质进行换热，解决目前传统双罐储热系统和斜温层单罐储热系统因其操作性和经济性而不再适用，现有的移动式储热装置应用场景受限的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及储换热技术领域，尤其涉及到一种可移动式单罐储热换热装置及系统。
背景技术
目前应用较为成熟的液体显热储热介质包括水、导热油、熔盐等，水和导热油通常采用单罐储热，而成熟商业应用的熔盐储热则通常采用双罐系统，即分别利用两个大型熔盐储罐来储存高温熔盐和低温熔盐，双罐储热系统占地面积大、建设和维护成本高，经济性较差。
斜温层熔盐单罐储热系统是利用一个熔盐储罐进行高、低温熔盐的储存，相比双罐储热系统虽能降低系统固定投资，但其仍然需要熔盐泵将熔盐输送到外部的管道和换热设备中，适用于固定使用的场合；同时，研究发现斜温层熔盐单罐内的温度分层难以稳定保持，影响换热效果和取热介质出口温度的稳定性。而对于水和导热油储热单罐，上述斜温层问题同样是影响储放热性能的重要因素，并且也仅适用于固定使用的场合。
随着储热技术重要性的提升和应用场景的扩展，在一些需要可移动式储热装置应用的场景下，如应急供汽、单独供暖等，传统双罐储热系统和斜温层单罐储热系统因其操作性和经济性而不再适用。现有的一些移动式储热装置则为相变储热，储热温度低(一般不超过100℃)，应用场景受限。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种可移动式单罐储热换热装置及系统，旨在解决目前传统双罐储热系统和斜温层单罐储热系统因其操作性和经济性而不再适用，现有的移动式储热装置应用场景受限的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供一种可移动式单罐储热换热装置，所述装置包括：
主体立式单罐，所述主体立式单罐充满储热介质；
径向水平绝热隔板和轴向绝热环形隔板，设置于所述主体立式单罐内部，所述径向水平绝热隔板隔绝罐内的冷储热介质和热储热介质，所述轴向绝热环形隔板调节罐内储热介质运动方向；
热源，设置于所述主体立式单罐底部，加热罐内储热介质；
取热螺旋盘管换热器，设置于所述轴向绝热环形隔板与主体立式单罐的内壁之间的环形通道，对取热介质与储热介质进行换热。
可选的，所述轴向绝热环形隔板与主体立式单罐底部、顶部和内壁之间，均留有罐内储热介质运动的通道。
可选的，所述径向水平绝热隔板连接有升降机构，对径向水平绝热隔板在主体立式单罐内沿轴向的位置进行移动控制。
可选的，所述取热螺旋盘管换热器设有取热介质入口和取热介质出口，向取热螺旋盘管换热器输入与储热介质进行换热的取热介质。
可选的，所述热源采用电加热器。
可选的，所述热源采用储热螺旋盘管换热器，所述储热螺旋盘管换热器设有放热介质入口和放热介质出口，向储热螺旋管换热器输入与储热介质进行换热的放热介质。
可选的，所述主体立式单罐外壁设有保温层。
可选的，所述主体立式单罐的罐壁、罐内径向和罐内轴向位置设置有若干个温度检测装置。
可选的，所述主体立式单罐的顶部开设有排气孔和注盐孔。
此外，为了实现上述目的，本发明还提供了一种可移动式单罐储热换热系统，包括如上所述的可移动式单罐储热换热装置，其特征在于，还包括移动装置，所述移动装置将所述可移动式单罐储热换热装置移动至目标位置。
本发明具有如下优势：
实现了储热换热装置的可移动性，可满足能量源与热用户在不同地点的场景应用；
采用一个储罐，且无需设置单独的换热器、连接管、相应的阀门仪表和电伴热等，系统更加简单灵活、经济性更好，无冻堵风险、安全性更高。
径向水平绝热隔板可稳定保持放热时罐内高、低温储热介质的分隔，且螺旋盘管换热器布置在储罐上部区域，放热时取热介质始终与高温储热介质换热，提高换热效率和取热介质出口温度的稳定性。
环形隔板可起到调节罐内储热介质自然对流流向的作用，换热过程更加稳定有序。
储热温度最高可达约560℃(采用熔盐储热时)，可满足高参数蒸汽等的供应，能量品位更高，相比移动式潜热储热系统的应用场景更加广泛。
加热储热介质的电力来自低谷电或弃风弃光电力，可降低系统运行成本、提高新能源消纳、减少能源浪费。
一般为小型装置，采用熔盐储热时，通过罐内电加热器逐渐加热熔盐融化升温，无需设置专门的化盐及排盐系统，进一步降低系统投资。
附图说明
图1为本发明中可移动式单罐储热换热装置的主视图；
图2为本发明中可移动式单罐储热换热装置的俯视图；
图3为本发明中可移动式单罐储热换热装置的底部横截面图(主视图A-A向)；
图4为本发明中放热时刻储热介质流向及径向水平隔板位置示意图；
图5为本发明中其他高温介质加热储热介质的可移动式单罐储热换热装置的示意图。
附图标号说明：
1-主体立式单罐；2-轴向绝热环形隔板；3-径向水平绝热隔板；4-升降机构；5-电加热器；6-取热螺旋盘管换热器；7-保温层；8-排气孔；9-注盐孔；10-温度检测装置；11-储热螺旋盘管换热器。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释发明，并不用于限定发明。
下面将结合发明实施例中的附图，对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发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于发明保护的范围。
需要说明，发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当人认为这种技术方案的结合不存在，也不在发明要求的保护范围之内。
目前，传统双罐储热系统和斜温层单罐储热系统因其操作性和经济性而不再适用，现有的移动式储热装置应用场景受限。
为了解决这一问题，提出本发明的可移动式单罐储热换热装置及系统的各个实施例。本发明提供的可移动式单罐储热换热装置及系统，通过设置主体立式单罐，热量存储和释放时无需将储热介质引出储罐，省去了单独的换热器、连接管、相应的阀门仪表和电伴热，既可以满足能量源与热用户在不同地点的场景应用，实现储热换热装置的可移动性，同时系统更加简单灵活、经济性更好，无冻堵风险、安全性更高。
储罐内设置有轴向环形绝热隔板，调节高、低温储热介质流动方向，设置径向水平绝热隔板隔离高、低温储热介质，可稳定保持放热时罐内高、低温储热介质的分隔，提高换热效率和取热介质出口温度的稳定性。
采用高温液态储热介质作为储热换热介质，储热温度最高可达约560℃(如采用熔盐)，可以满足高参数蒸汽等的供应，能量品位更高，应用场景更加广泛。加热储热介质的电力来源为低谷电或弃风弃光电力，可降低系统运行成本、提高新能源消纳、减少能源浪费。
移动式换热装置多为小型，当采用熔盐作为储热介质时，通过罐内电加热器逐渐加热熔盐融化升温，无需设置专门的化盐及排盐系统，进一步降低系统投资。
本实施例提供一种可移动式单罐储热换热装置，如图1-3所示，储热换热装置的主体立式单罐1内部设置轴向绝热环形隔板2，用以调节罐内储热介质运动方向；轴向绝热环形隔板2距储罐顶部、底部及内壁均有一定距离，为罐内储热介质运动提供通道。储罐内轴向绝热环形隔板2内部还设置径向水平绝热隔板3，用于隔绝冷、热储热介质，径向水平绝热隔板3可通过接入升降机构4实现其在储罐内沿轴向的上下移动和位置控制。轴向绝热环形隔板2与径向水平绝热隔板3为绝热设计，可采用两层不锈钢薄板中间抽真空或填充保温材料的结构。储罐底部安装浸没式电加热器5，用于加热罐内储热介质至所需温度。主体立式单罐1上部在轴向绝热环形隔板2与主体立式单罐1内壁之间的环形通道内设置取热螺旋盘管换热器6，用于取热介质与储热介质的换热。主体立式单罐1外壁设置保温层7以减少散热损失；沿罐壁及罐内径向和轴向位置还设置多个温度检测装置10，以实时监测罐内储热介质温度和换热情况；罐体上还设置必要的排气孔8、注盐孔9、压力测量(图中未示出)、液位测量(图中未示出)等装置。
主体立式单罐1内充满储热介质。当采用熔盐储热，系统化盐时，储罐底部电加热器5加热熔盐，控制径向水平绝热隔板3始终位于主体立式单罐1顶部。
系统储热时，控制径向水平绝热隔板3位于主体立式单罐1顶部(与环形隔板2顶部保持一定距离)，低谷电或弃风弃光电力接入主体立式单罐1底部的电加热器5，通过电加热器5逐渐加热储热介质升温。主体立式单罐1底部被加热的储热介质由于温度升高密度减小，在浮升力的作用下向上运动，推动其上部的低温储热介质运动，在密度差的作用下，罐内储热介质不断自然循环、混合，被主体立式单罐1底部的电加热器5持续加热，直到罐内储热介质全部被加热至所需温度，储热过程结束。
系统放热时，将储热换热装置通过牵引车等设备运送到需要用热的地方，如图4所示，通过与径向水平绝热隔板3连接的升降机构4控制径向水平绝热隔板3下部端面与轴向绝热环形隔板2下部端面平齐，取热介质从主体立式单罐1上部的取热螺旋盘管换热器6入口进入，与主体立式单罐1上部轴向绝热环形隔板2与主体立式单罐1内壁间环形通道内的高温储热介质换热，被加热后的介质从取热螺旋盘管换热器6出口流出，继而供用户生产、生活使用；取热螺旋盘管换热器6的换热管规格、盘绕圈数、盘绕节距、盘绕半径等参数根据传热量计算确定。
主体立式单罐1环形通道内的储热介质放热后温度降低密度增大，推动其下部的高温储热介质沿环形通道向下运动、继而沿轴向绝热环形隔板2内部向上运动，并推动径向水平绝热隔板3向上运动，随放热过程的进行，环形通道内的高温储热介质全部被低温储热介质替代并不断进入轴向绝热环形隔板2中部，由于径向水平绝热隔板3的存在，轴向绝热环形隔板2内下部的低温储热介质和上部的高温储热介质始终能够保持稳定分隔，取热介质始终与高温储热介质换热，从而维持出口温度的稳定；直到罐内储热介质热量被全部释放，放热过程结束。
通过温度监测来判断储热、放热过程的进程。
另需说明的是：
1、储热介质推荐选择熔盐，熔盐可根据用户用热需求参数选择常用的二元盐、三元盐或其他熔盐；也可选择导热油、水等液体作为储热介质。
2、根据储热功率、电加热器功率等的不同，电加热器可设置1个或多个。
3、取热介质可以为水、空气、蒸汽等。
4、除电加热外，储热时还可采用其他热源对储热介质进行加热，如通过在主体立式单罐1底部轴向绝热环形隔板2内设置储热螺旋盘管换热器11，利用高温蒸汽、空气或其他高温介质放热加热储热介质实现装置的储热，如图5所示，储热螺旋盘管换热器11还可采用蛇形管或其他形式。储热时，放热介质不断通入主体立式单罐1底部的储热螺旋盘管换热器11中释放热量，环形隔板2内底部的储热介质被加热后密度减小，在浮升力的作用下向上运动，推动其上部的低温储热介质在环形隔板2内的通道向上运动、继而沿环形隔板2与主体立式单罐1内壁的环形通道向下运动，储热介质通过自然循环不断被高温介质加热，直至所有储热介质全部被加热至所需温度，储热过程结束。
以上仅为发明的优选实施例，并非因此限制发明的专利范围，凡是利用发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种可移动式单罐储热换热装置，其特征在于，所述装置包括：
主体立式单罐，所述主体立式单罐充满储热介质；
径向水平绝热隔板和轴向绝热环形隔板，设置于所述主体立式单罐内部，所述径向水平绝热隔板隔绝罐内的冷储热介质和热储热介质，所述轴向绝热环形隔板调节罐内储热介质运动方向；
热源，设置于所述主体立式单罐底部，加热罐内储热介质；
取热螺旋盘管换热器，设置于所述轴向绝热环形隔板与主体立式单罐的内壁之间的环形通道，对取热介质与储热介质进行换热。
2.如权利要求1所述的可移动式单罐储热换热装置，其特征在于，所述轴向绝热环形隔板与主体立式单罐底部、顶部和内壁之间，均留有罐内储热介质运动的通道。
3.如权利要求1所述的可移动式单罐储热换热装置，其特征在于，所述径向水平绝热隔板连接有升降机构，对径向水平绝热隔板在主体立式单罐内沿轴向的位置进行移动控制。
4.如权利要求1所述的可移动式单罐储热换热装置，其特征在于，所述取热螺旋盘管换热器设有取热介质入口和取热介质出口，向取热螺旋盘管换热器输入与储热介质进行换热的取热介质。
5.如权利要求1所述的可移动式单罐储热换热装置，其特征在于，所述热源采用电加热器。
6.如权利要求1所述的可移动式单罐储热换热装置，其特征在于，所述热源采用储热螺旋盘管换热器，所述储热螺旋盘管换热器设有放热介质入口和放热介质出口，向储热螺旋管换热器输入与储热介质进行换热的放热介质。
7.如权利要求1所述的可移动式单罐储热换热装置，其特征在于，所述主体立式单罐外壁设有保温层。
8.如权利要求1所述的可移动式单罐储热换热装置，其特征在于，所述主体立式单罐的罐壁、罐内径向和罐内轴向位置设置有若干个温度检测装置。
9.如权利要求1所述的可移动式单罐储热换热装置，其特征在于，所述主体立式单罐的顶部开设有排气孔和注盐孔。
10.一种可移动式单罐储热换热系统，包括如权利要求1-9任意一项所述的可移动式单罐储热换热装置，其特征在于，还包括移动装置，所述移动装置将所述可移动式单罐储热换热装置移动至目标位置。
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