CN203177515U - 一种套管式高温熔盐热交换装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供一种套管式高温熔盐热交换装置，以解决现有技术中因熔盐低于230度凝固，水高于100度产生蒸汽，而影响测量结果的问题，涉及太阳能热发电中熔盐与水热交换技术领域，包括连通的熔盐内管和熔盐弯管，所述熔盐内管外侧套有水路外管，两段水路外管之间通过水路直管连接，所述水路外管上还设置有水路端口。本实用新型结构设计合理，实验操作方便，用于熔盐和水热交换的基础实验研究，可以测量熔盐与水的热交换系数，在保证熔盐内管内的熔盐不会凝结，水路外管的水不会汽化的同时，熔盐和水都是湍流状态，保证了较好的热交换系数。

Description

一种套管式高温熔盐热交换装置
技术领域：
本实用新型涉及太阳能热发电中熔盐与水热交换技术领域，尤其涉及一种套管式高温熔盐热交换装置。
背景技术：
太阳能热发电中熔盐储热系统是目前技术成本最低、应用前景最广泛的储能系统。熔盐储热是一个系统，主要包括：1、加热系统（太阳能，天然气，煤，电等）； 2、储存罐 ；3、热应用装置（热交换过程）通过这个系统可以将热源稳定的输出到用户端，不论是通过蒸汽发生器出蒸汽来推动汽轮机发电，还是直接进行工业应用，都是别的系统所不可以取代的。使用熔盐做工作介质有其独特性。首先，通常太阳能热发电电厂使用的熔盐使用温度区间为260摄氏度到大约570摄氏度，因为当温度降低到238摄氏度的时候熔盐开始结晶，而当温度升高到600以上时，熔盐会分解。尽管如此，熔盐的工作区间也有接近300摄氏度，而且在这个区间内熔盐始终保持液体状态，所以做成的管道系统气体压力十分小，这就使得其在工业应用上有很大的优势。其次，熔盐的热容约为水的0.8倍，所以在工作区间内熔盐可以在低压状态下储存大约三倍于水的热量。在热应用过程中，就需要让熔盐和热应用装置使用的介质进行热交换，比如导热油和水。熔盐和水换热对水的温度和压力的要求比较高，很容易在换热过程中使熔盐遇冷凝固，并且在换热表面容易发生结晶，甚至会使蒸汽发生装置堵塞。
熔盐和水换热的实验目标是计算测量换热系数,过程中容易遇到的问题是熔盐在低于230度的时候会凝固,而水在高于100度的时候会产生蒸汽,使管道压力过高,影响测量。
实用新型内容：
本实用新型的目的在于提供一种套管式高温熔盐热交换装置，以解决上述技术问题。该热交换装置为套管式，熔盐走熔盐内管2，水走水路外管1，这样可以最直观的测量各种参数。
一种套管式高温熔盐热交换装置，其特征在于：包括连通的熔盐内管和熔盐弯管，所述熔盐内管外侧套有水路外管，两段水路外管之间通过水路直管连接，所述水路外管上还设置有水路端口，既可以作为入水口，也可以作为出水口。
所述熔盐内管与水路外管嵌套焊接在一起。
所述熔盐弯管上加绑电阻丝，热交换装置全管段加保温层，便于每次实验前预热。
本实用新型提供的套管式高温熔盐热交换装置，在保证熔盐内管内的熔盐不会凝结，水路外管的水不会汽化的同时，熔盐和水都是湍流状态，保证了较好的热交换系数。本实用新型结构设计合理，实验操作方便，用于熔盐和水热交换的基础实验研究，可以测量熔盐与水的热交换系数。
附图说明：
图1本实用新型的结构示意图。
其中，1、水路外管；2、熔盐内管；3、熔盐弯管；4、水路直管；5、水路端口。
具体实施方式：
为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示及具体实施例，进一步阐述本实用新型，但不是用来限制本实用新型的保护范围。
如图1所示，一种套管式高温熔盐热交换装置，包括连通的熔盐内管2和熔盐弯管3，熔盐内管2外侧套有水路外管1，两段水路外管1之间通过水路直管4连接，水路外管1上还设置有水路端口5，既可以作为入水口，也可以作为出水口。
设计温度（按稳态考虑）：熔盐550℃—380℃，平均温度465℃；水20℃—50℃，平均温度35℃。经过模拟计算，设计选择管道：选择熔盐内管2内径8mm，壁厚11mm；水路外管1内径38mm，壁厚6.5mm；熔盐管程的水力直径8mm，质量流量0.239kg/s，流速2.65m/s，雷诺数27000，普朗特数4.04，努谢尔数138.08，换热管（熔盐内管在水路外管内的一段）内侧对流换热系数9165.0W/m2℃。水路管程的水力直径8mm，质量流量0.494kg/s，流速1.16m/s，雷诺数12031，普朗特数5.2，努谢尔数113.14，换热管外侧对流换热系数8768.4 W/m2℃。预热器的对数平均温差为426.2℃，平均换热功率61.9kW，以换热管内侧为基准的总传热系数2183.3 W/m2℃，换热管内侧面积0.067m2，管长2.65m。
考虑到550度时的不锈钢的热涨冷缩，将水路外管1长度取2.7m，并分成三段，每段长0.9m，通过水路直管4连接，实验中水从两个水路端口5进出，其中一个为进水口，另一个为出水口。实际换热面积为0.068m2。平均换热功率62.9kW，以换热管内侧为基准的总传热系数2183.3 W/m2℃。
这样的设计可以保证换热管外壁（wall_2）直接与水接触，其温度介于50℃—95℃，低于水的沸点，因此水不会发生沸腾。换热管内壁（wall_3）直接与熔盐接触，其温度介于300℃—450℃之间，高于熔盐的熔点，因此熔盐不会凝固。
实验中应注意要在熔盐弯管3上加绑电阻丝，并全管段加保温层，便于每次实验前预热换热装置。

Claims (3)

1.一种套管式高温熔盐热交换装置，其特征在于：包括连通的熔盐内管和熔盐弯管，所述熔盐内管外侧套有水路外管，两段水路外管之间通过水路直管连接，所述水路外管上还设置有水路端口。
2.根据权利要求1所述的套管式高温熔盐热交换装置，其特征在于：所述熔盐内管与水路外管嵌套焊接在一起。
3.根据权利要求1或2所述的套管式高温熔盐热交换装置，其特征在于：所述熔盐弯管上加绑电阻丝，热交换装置全管段加保温层。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN104848720A (zh) * 2015-05-25 2015-08-19 上海理工大学 快速反应相变蓄热式换热器
CN104976790A (zh) * 2014-04-12 2015-10-14 刘宇森 太阳能集热导热系统及使用它的建筑物
CN104655349B (zh) * 2013-11-18 2017-07-18 国家电投集团科学技术研究院有限公司 压力测量装置以及压力测量方法
CN108151567A (zh) * 2018-01-22 2018-06-12 中国科学院上海应用物理研究所 一种环缝流道型熔盐加热器

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