CN117146429A - 一种电加热装置及熔盐储能系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电加热装置及熔盐储能系统，包括电加热器本体，所述电加热器本体的进口设置有变流器，换热介质经所述变流器进入所述电加热器本体内，所述变流器改变所述换热介质的流向使其以不同角度和/或位置流入所述电加热器本体内。本发明通过变流器改变换热介质的流向使其以不同角度和/或位置流入电加热器本体内，使得增大了换热介质覆盖电加热器本体内电加热管的面积，强化了换热介质与电加热管的对流换热效率，换热介质能快速将电加热管表面的热量带走，且保证电加热管表面的换热均匀性，降低局部过热风险，避免电加热管表面局部高温烧穿。

Description

一种电加热装置及熔盐储能系统

技术领域

本发明属于电制热熔盐储能技术领域，尤其涉及一种电加热装置及熔盐储能系统。

背景技术

储能是新型电力系统的关键核心技术，熔盐储能作为一种中高温传热蓄热方法，因具有储热密度高、稳定性好等优点，官方应用于太能能光热系统、调峰调频、绿电消纳等新能源领域。但作为核心设备之一的熔盐电加热器的开发与研究工作尚存在不足。

实现大规模的熔盐储能的关键是兼具低成本、可实施性的高电压等级熔盐电加热器的研发。目前，熔盐电加热器的电压等级普遍在380V或者690V，存在无法完全适用绿电消纳场景。如果采用6/10kV的高压输入，熔盐电加热器面临的一个问题是高的热流密度导致的局部高温，使得电加热管表面的热量无法被加热流体快速带走，造成电加热管表面局部高温烧穿的问题。

发明内容

针对背景技术中的问题，本发明的目的是提供一种电加热装置，包括电加热器本体，所述电加热器本体的进口设置有变流器，换热介质经所述变流器进入所述电加热器本体内，所述变流器改变所述换热介质的流向使其以不同角度和/或位置流入所述电加热器本体内。

较佳的，所述变流器为扫掠振荡器。

较佳的，所述扫掠振荡器的内部设有第一空腔，所述扫掠振荡器的进口和出口分别设于所述第一空腔的两端且与其连通；

所述第一空腔内的两侧分别设有一个分流板，两个所述分流板间隔设置且朝向相互远离的方向外凸弯曲，所述分流板与所述第一空腔两侧的内壁和两端的内壁之间均具有间隙；

两个所述分流板之间形成核心腔，所述核心腔的两端分别与所述扫掠振荡器的进口和出口相对；

两个所述分流板分别与所述第一空腔两侧的内壁之间形成旁路腔。

较佳的，所述扫掠振荡器在所述第一空腔的周向外侧设有第二空腔，所述第二空腔与所述第一空腔不连通。

较佳的，所述电加热器本体内在其进口和出口之间设有导流隔板组件，所述换热介质经所述导流隔板组件后流向所述电加热器本体的出口；

所述导流隔板组件上设有若干导流通道，所述导流通道的进口和出口错位设置。

较佳的，所述电加热器本体的进口和出口分别设于其两端，所述导流通道的出口朝向所述电加热器本体的一侧。

较佳的，所述导流隔板组件包括隔板和设于所述隔板上的若干导流部，所述导流通道设于所述导流部上；

所述导流部包括导流孔和阻流罩，所述导流孔开设于所述隔板上，所述阻流罩设于所述隔板朝向所述电加热器本体出口的一端面上，所述阻流罩与所述导流孔相对且间隔设置，所述阻流罩的一侧与所述隔板固连、另一侧与所述隔板之间设有间隙以形成所述导流通道的出口。

较佳的，所述阻流罩朝向所述导流孔内凹弯曲。

较佳的，若干所述导流通道的通道大小从所述电加热器本体出口的两侧向其依次减小。

较佳的，所述变流器的出口设置有扩口喷嘴，所述扩口喷嘴朝向所述电加热器本体的进口扩张。

较佳的，所述电加热器本体的进口沿所述电加热器本体内的加热器件的热量分布方向设置有至少一个。

基于相同的构思，本发明还提供一种熔盐储能系统，包括上述任意一项实施例所述的电加热装置，所述换热介质为熔盐。

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：

1、本发明通过变流器改变换热介质的流向使其以不同角度和/或位置流入电加热器本体内，使得增大了换热介质覆盖电加热器本体内电加热管的面积，强化了换热介质与电加热管的对流换热效率，换热介质能快速将电加热管表面的热量带走，且保证电加热管表面的换热均匀性，降低局部过热风险，避免电加热管表面局部高温烧穿。

2、本发明变流器为扫掠振荡器，使得结构简单实用，故障少，特别适用于换热介质为熔盐的熔盐储能系统，因为熔盐温度较高，若采用其他结构或者电动装置改变熔盐的流向，则故障率会大大提高。

3、本发明还设置有导流隔板组件，导流隔板组件上设有若干导流通道，导流通道的进口和出口错位设置，使得换热介质经过导流隔板组件时会被其阻挡，减弱其垂直冲击力，使其经过导流通道后再流向电加热器本体的出口。且由于导流通道的进口和出口错位设置，进一步降低了换热介质的垂直冲击力。

4、本发明导流通道的出口朝向电加热器本体的一侧，使得换热介质经过导流通道后由垂直流转换为水平流，进一步减弱了其垂直冲击力，使其变为稳定的流体。

5、本发明若干导流通道的通道大小从电加热器本体出口的两侧向其依次减小，使得换热介质相对均匀的汇流入电加热器本体的出口。

6、本发明导流隔板组件包括隔板和设于隔板上的若干导流部，导流通道设于导流部上，导流部包括导流孔和阻流罩，导流通道设于导流部上，使得构成导流通道的结构大大简化，成本更低。

7、本发明阻流罩朝向导流孔内凹弯曲，通过曲面可降低换热介质对阻流罩的冲击力，延长其使用寿命。

8、本发明电加热器本体的进口沿电加热器本体内的加热器件的热量分布方向设置有至少一个，沿热量分布方向设置使得可增大换热介质覆盖电加热器件的面积，使得加热器件的换热更加均匀。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明，其中：

图1为本发明整体截面图；

图2为本发明扫掠振荡器t＝0时刻工作示意图；

图3为本发明扫掠振荡器t＝T/4时刻工作示意图；

图4为本发明扫掠振荡器t＝T/2时刻工作示意图。

附图标记说明：

1、扫掠振荡器；2、第二空腔；3、旁路腔；4、核心腔；5、扩口喷嘴；6、电加热器本体；7、电加热管；8、分流板；9、隔板；10、阻流罩；11、导流孔；12、汇流区；13、换热区；14、第一旋涡；15、主流；16、第一旁路流；17、第二涡旋；18、第二旁路流；19、第三涡旋。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

需要说明，本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。

实施例1

参看图1至4，本发明的核心是提供一种电加热装置，包括电加热器本体6，电加热器本体6内设有加热器件，加热器件为若干电加热管7，电加热管7与电加热器本体6的进口相对设置，电加热器本体6的进口设置有变流器，换热介质经变流器进入电加热器本体6内，变流器改变换热介质的流向使其以不同角度和/或位置流入电加热器本体6内。

通过变流器改变换热介质的流向使其以不同角度和/或位置流入电加热器本体6内，使得增大了换热介质覆盖电加热器本体6内电加热管7的面积，强化了换热介质与电加热管7的对流换热效率，换热介质能快速将电加热管7表面的热量带走，且保证电加热管7表面的换热均匀性，降低局部过热风险，避免电加热管7表面局部高温烧穿。

本实施例中变流器为扫掠振荡器1，扫掠振荡器1采用了康达效应进行结构设计，使换热介质流经此结构时，会形成周期性的左右摇摆射流形式，不但改变了换热介质的射流角度还改变了位置，使得大大提高了换热介质覆盖电加热管7的面积。

具体的，扫掠振荡器1的内部设有第一空腔，扫掠振荡器1的进口和出口分别设于第一空腔的两端且与其连通。第一空腔内的两侧分别设有一个分流板8，两个分流板8间隔设置且朝向相互远离的方向外凸弯曲，分流板8与第一空腔两侧的内壁和两端的内壁之间均具有间隙。两个分流板8之间形成核心腔4，核心腔4的两端分别与扫掠振荡器1的进口和出口相对，两个分流板8分别与第一空腔两侧的内壁之间形成旁路腔3。

参看图2至4，扫掠振荡器1的工作原理，如下：

(1)参看图2，初始态t＝0时，换热介质的主流15进入扫掠振荡器1，在核心腔4左侧形成第一涡旋，并且右边的旁路腔3中处也形成了第一旁路流16。在第一涡旋与第一旁路流16的压迫下，主流15的流线向右弯曲，使得主流15出口流方向偏左。

(2)参看图3，在t＝T/4时，第一涡旋消散，在核心腔4右侧形成小型的第二涡旋17。但由于是第一涡旋消散的末期，主流15出口流依然处于偏左较大程度，第二涡旋17影响程度有限，属于主流15变相起点。

(3)参看图4，在t＝T/2时，小型的第二涡旋17发展成大型的第三涡旋19，对主流15形成较为强大的积压作用，主流15流线在核心腔4中向左偏斜显著，再加上左边的第二旁路流18的辅助积压作用，最终致使主流15出口流呈现向右偏斜射流形态。

基于上述的流体流动流程，换热介质形成了周期性的左右摇摆射流的形式，有利于加强其与电加热管7的强化传热。另外，由于是左右扫掠射流，可以保证电加热管7表面的换热均匀性，降低局部过热风险。

变流器不仅可以采用扫掠振荡器1，还可采用其他形式，本实施例不作限制。例如可采用电动喷嘴形式，具体的，变流器中可设置喷嘴，换热介质通过管路连接喷嘴，喷嘴可安装在转动装置上，通过转动装置带动喷嘴周期性转动，以实现换热介质以不同的角度流入电加热器本体6内。当然喷嘴也可安装在直线驱动装置上，在电加热器本体6的进口足够长的情况下，直线驱动装置可驱动喷嘴直线移动，以实现换热介质以不同的位置流入电加热器本体6内。当然也可既设置转动装置，又设置直线驱动装置，转动装置安装在直线驱动装置，喷嘴安装在转动装置，以实现换热介质以不同的角度和位置流入电加热器本体6内。

进一步的，扫掠振荡器1在第一空腔的周向外侧设有第二空腔2，第二空腔2与第一空腔不连通，第二空腔2起到了对换热介质的保温、隔热作用，同时还具有减重的作用。扫掠振荡器1的出口设置有扩口喷嘴5，扩口喷嘴5朝向电加热器本体6的进口扩张，使得主流15射出的角度更大，可以覆盖更多的面积。

电加热器本体6的进口沿电加热器本体6内的加热器件的热量分布方向设置有至少一个，也就是说沿电加热管7的长度方向设置，本实施例中电加热器本体6的进口沿电加热管7的长度方向设置有多个，每个电加热器本体6的进口均设置一个扫掠振荡器1，使得可增大换热介质覆盖电加热管7的面积，使得电加热管7的换热更加均匀。根据主流15射出的角度和覆盖面积设计电加热器本体6的进口和扫掠振荡器1的数量，理论上可以实现电加热管7的全覆盖。

电加热器本体6内在其进口和出口之间设有导流隔板组件，导流隔板组件将电加热器本体6的内部分隔成汇流区12和换热区13，电加热管7设置于换热区13。电加热器本体6的进口和出口分别设于其两端，也就是分别设于换热区13和汇流区12的腔壁上。换热介质从电加热器本体6的进口进入换热区13与电加热管7换热后经导流隔板组件流入汇流区12，最后从电加热器本体6的出口流出。

导流隔板组件上设有若干导流通道，若干导流通道沿导流隔板组件的长度方向依次设置，导流通道的进口和出口错位设置，使得换热介质经过导流隔板组件时会被其阻挡，减弱其垂直冲击力，使其经过导流通道后再流向电加热器本体6的出口。且由于导流通道的进口和出口错位设置，进一步降低了换热介质的垂直冲击力。

进一步的，导流通道的出口朝向电加热器本体6的一侧，使得换热介质经过导流通道后由垂直流转换为水平流，进一步减弱了其垂直冲击力，使其变为稳定的流体。

若干导流通道的通道大小从电加热器本体6出口的两侧向其依次减小，本实施例中由于电加热器本体6的出口位于汇流区12的中间位置，因此若干导流通道的通道大小从两侧向中间依次减小，使得换热介质相对均匀的汇流入电加热器本体6的出口。

具体的，导流隔板组件包括隔板9和设于隔板9上的若干导流部，导流通道设于导流部上，导流部包括导流孔11和阻流罩10，导流孔11开设于隔板9上，阻流罩10设于隔板9朝向电加热器本体6出口的一端面上，阻流罩10与导流孔11相对且间隔设置，阻流罩10的一侧与隔板9固连、另一侧与隔板9之间设有间隙以形成导流通道的出口。通过上述设置使得构成导流通道的结构大大简化，成本更低。

进一步的，阻流罩10朝向导流孔11内凹弯曲，通过曲面可降低换热介质对阻流罩10的冲击力，延长其使用寿命。

本实施例中导流孔11和阻流罩10的尺寸从电加热器本体6出口的两侧向其依次减小，以实现若干导流通道的通道大小从电加热器本体6出口的两侧向其依次减小。

之所以设置导流隔板组件，是因为换热介质经过扫掠振荡器1变化为左右扫掠射流虽然强化了换热，但处于一种不稳定的流体，通过导流隔板组件的阻挡和整流可以使扫掠流形成水平流，并减弱了其垂直冲击力。

汇流区12的作用是缓存换热介质，使换热介质相对稳定的流入电加热器本体6的出口。

下面对本发明工作过程作进一步说明：

首先换热介质从扫掠振荡器1的进口进入，经过扫掠振荡器1后由于康达效应换热介质在扩口喷嘴5形成周期性左右摇摆的射流形式，形成水平方向的流体扫掠，最后从扩口喷嘴5流向电加热器本体6的进口。

换热介质从电加热器本体6的进口进入换热区13后在加热区形成周期性的左右摇摆的射流状态，并与电加热管7接触被其加热，形成高温换热介质。

然后换热介质经过导流隔板组件阻挡整流形成相对稳定的流态后流入汇流区12，在回流区缓存后从电加热器本体6的出口流出进入后续系统循环。

本发明基于康达效应，设计了扫掠振荡器1结构，使得流入电加热器本体6的换热介质流体形成左右摇摆射流形式，有利于换热介质与电加热管7的充分换热，降低电加热器管局部过热风险，使得本发明既能够强化电加热管7换热效率也能保证电加热管7表面温度相对的均匀，被加热换热介质能够快速将电加热管7表面的热量带走，极具工程价值。同时本发明采用带有阻流罩10的隔板9，并配有回流区，有利于使得震动的换热介质流体形成相对稳定的流体进入后续系统。

实施例2

本发明的另一核心是提供一种熔盐储能系统，包括实施例1的电加热装置，换热介质为熔盐。

本发明变流器为扫掠振荡器1，使得结构简单实用、故障少，且扫掠振荡器1全部由结构构成，特别适用于换热介质为熔盐的熔盐储能系统，因为熔盐温度较高，若采用其他电动装置改变熔盐的流向，则故障率会大大提高。

熔盐储能系统通过电加热装置利用光伏电、风电或电网谷电等加热熔盐并储存，在用电、用热高峰时段输出至外部用热系统进行利用，有效消纳调峰，增加能源利用效率及电网稳定性和可调度性。

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 (12)

1.一种电加热装置，其特征在于，包括电加热器本体，所述电加热器本体的进口设置有变流器，换热介质经所述变流器进入所述电加热器本体内，所述变流器改变所述换热介质的流向使其以不同角度和/或位置流入所述电加热器本体内。

2.根据权利要求1所述的电加热装置，其特征在于，所述变流器为扫掠振荡器。

3.根据权利要求2所述的电加热装置，其特征在于，所述扫掠振荡器的内部设有第一空腔，所述扫掠振荡器的进口和出口分别设于所述第一空腔的两端且与其连通；

所述第一空腔内的两侧分别设有一个分流板，两个所述分流板间隔设置且朝向相互远离的方向外凸弯曲，所述分流板与所述第一空腔两侧的内壁和两端的内壁之间均具有间隙；

两个所述分流板之间形成核心腔，所述核心腔的两端分别与所述扫掠振荡器的进口和出口相对；

两个所述分流板分别与所述第一空腔两侧的内壁之间形成旁路腔。

4.根据权利要求3所述的电加热装置，其特征在于，所述扫掠振荡器在所述第一空腔的周向外侧设有第二空腔，所述第二空腔与所述第一空腔不连通。

5.根据权利要求1所述的电加热装置，其特征在于，所述电加热器本体内在其进口和出口之间设有导流隔板组件，所述换热介质经所述导流隔板组件后流向所述电加热器本体的出口；

所述导流隔板组件上设有若干导流通道，所述导流通道的进口和出口错位设置。

6.根据权利要求5所述的电加热装置，其特征在于，所述电加热器本体的进口和出口分别设于其两端，所述导流通道的出口朝向所述电加热器本体的一侧。

7.根据权利要求6所述的电加热装置，其特征在于，所述导流隔板组件包括隔板和设于所述隔板上的若干导流部，所述导流通道设于所述导流部上；

所述导流部包括导流孔和阻流罩，所述导流孔开设于所述隔板上，所述阻流罩设于所述隔板朝向所述电加热器本体出口的一端面上，所述阻流罩与所述导流孔相对且间隔设置，所述阻流罩的一侧与所述隔板固连、另一侧与所述隔板之间设有间隙以形成所述导流通道的出口。

8.根据权利要求7所述的电加热装置，其特征在于，所述阻流罩朝向所述导流孔内凹弯曲。

9.根据权利要求5所述的电加热装置，其特征在于，若干所述导流通道的通道大小从所述电加热器本体出口的两侧向其依次减小。

10.根据权利要求1所述的电加热装置，其特征在于，所述变流器的出口设置有扩口喷嘴，所述扩口喷嘴朝向所述电加热器本体的进口扩张。

11.根据权利要求1所述的电加热装置，其特征在于，所述电加热器本体的进口沿所述电加热器本体内的加热器件的热量分布方向设置有至少一个。

12.一种熔盐储能系统，其特征在于，包括如权利要求1至11任意一项所述的电加热装置，所述换热介质为熔盐。