CN220339186U - 一种熔盐电加热装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种熔盐电加热装置，包括串联的多级加热模块，加热模块包括加热室、电热元件和疏盐管。加热室内设有加热腔，前一级加热模块中的加热腔的输出口与后一级加热模块中的加热腔的输入口连通。电热元件设于加热腔内，用于加热加热腔内的熔盐，且前一级加热模块中的电热元件的加热温度小于后一级加热模块中的电热元件的加热温度。疏盐管连通加热腔和外部疏盐总管，疏盐管上设有疏盐阀。在本实用新型中农，熔盐依次经过各级加热模块，在各级加热模块中逐级升温，每次加热需要提升的温度差值相对较小，有利于熔盐均匀升温；同时，加热腔内壁的各处温差小，相应的热应力较小，从而降低了设备的材料成本。

Description

一种熔盐电加热装置

技术领域

本实用新型属于熔盐储能技术领域，尤其涉及一种熔盐电加热装置。

背景技术

近年来，熔盐储热热度飙升，在风光储新能源大基地建设、火电灵活性改造、用户侧储热供热等场景，熔盐储热的市场需求显著扩大。在此背景下，熔盐储能系统的关键设备制造同时迎来了春天，这其中就包括熔盐材料、电加热器、储罐以及换热器等。

熔盐电加热器是一种将电能转换为热能，具体为利用电能对待加热的熔盐进行加热的设备。熔盐电加热器工作时，低温熔盐通过管道在压力作用下经其输入口进入其加热腔内，与加热腔内的电热元件工作中所产生的高温热能量进行热交换，使得自身温度升高，从而在其输出口得到高温介质。

加热腔内的电热元件一般采用电加热管，电加热管对熔盐加热时，电加热管和与其接触的熔盐换热使与其接触的熔盐升温，而与电加热管接触的熔盐再将热量传递给其余的熔盐。目前熔盐电加热器多采用单罐的立式或卧式结构，立式结构相对卧式结构在占地面积上更有优势，更易于进行空间适配性布置。同时，无论单罐的立式还是卧式结构，其所配置的电加热管都可以分为低压和高压设计。低压设计一般应用于小规模的弃光资源消纳，若简单应用在电站，其配电成本仍然较高，往往造成电站经济性较差；而高压设计能够形成相对较高的表面热负荷，能够应用在大规模的弃光资源消纳上并可取得较好的经济性预期，但是高压设计的电加热管在单罐结构中的设置使用成本相对较高，且对于单罐结构来说，由于进口熔盐温度和出口熔盐温度相差较大，罐体内会存在换热不均而局部高温的情况，不仅会使电加热管的击穿损坏风险升高，还会使罐体不同区域的热应力差异较大，无法实现相对均匀的热变形，使得罐体的耐应力能力受到很大的不良影响，存在较大的安全隐患，进一步地，越大的弃光资源消纳规模，需要越大容积的罐体，其在高压设计的电加热管的配合设置下，前述问题更为突出。

实用新型内容

针对现有技术中熔盐电加热器结构因温度分布不均而使电加热管及罐体存在使用安全隐患的问题，本实用新型提供了一种熔盐电加热装置。

本实用新型的技术方案为：

一种熔盐电加热装置，包括串联的多级加热模块，所述加热模块包括：

加热室，其内设有加热腔，前一级所述加热模块中的所述加热腔的输出口与后一级所述加热模块中的所述加热腔的输入口连通；

电热元件，设于所述加热腔内，用于加热所述加热腔内的熔盐，且前一级所述加热模块中的所述电热元件的加热温度小于后一级所述加热模块中的所述电热元件的加热温度；

疏盐管，连通所述加热腔和外部疏盐总管，所述疏盐管上设有疏盐阀。

某一实施例中的熔盐电加热装置，所述加热腔的输出口设于所述加热腔的顶部。

某一实施例中的熔盐电加热装置，所述加热腔的输入口设于所述加热腔的底部。

某一实施例中的熔盐电加热装置，所述前一级所述加热模块中的所述加热腔的顶部位于后一级所述加热模块中所述加热腔底部的水平面以下。

某一实施例中的熔盐电加热装置，所述加热腔内靠近顶部的区域设有阻流块，且所述阻流块设于所述加热腔的输出口下方。

某一实施例中的熔盐电加热装置，所述电热元件为加热管束。

某一实施例中的熔盐电加热装置，所述加热室上方设有供电部，所述加热管束伸出所述加热腔并于所述加热室外与所述供电部电连接。

某一实施例中的熔盐电加热装置，所述加热管束伸出所述加热腔并于所述加热室外与供电部电连接，位于所述加热室外的所述加热管束上设有降温部，用于对所述加热管束位于所述加热室外的部分降温。

某一实施例中的熔盐电加热装置，所述降温部包括冷水套。

某一实施例中的熔盐电加热装置，所述降温部还包括半导体制冷器，所述半导体制冷器与所述冷水套连接，用于对所述冷水套降温。

本实用新型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：

本实用新型提供的熔盐电加热装置，设置了多级加热模块，前一级加热模块中的电热元件的加热温度小于后一级加热模块中的电热元件的加热温度，也就是熔盐依次经过各级加热模块，在各级加热模块中逐级升温。也就是本实用新型将熔盐分多次加热，如此，每次加热需要提升的温度差值相对较小，有利于熔盐均匀升温，不会造成局部高温，从而也就避免了电热元件因局部高温而击穿损坏的风险；同时，熔盐在单个加热腔内需要提升的温度差小、熔盐均匀升温，使得加热腔内壁不同区域的热应力差异也会相对较小，加热腔内壁会有相对均匀的热变形，从而使得加热腔内壁耐应力能力受到的不良影响大大降低，使得安全性大大增加。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。

图1为本实用新型的一种熔盐电加热装置的结构示意图。

附图标记说明：

1：一级加热模块；2：二级加热模块；3：三级加热模块；4：四级加热模块；5：加热腔；6：加热管束；7：配电箱；8：冷水套；9：半导体制冷器；10：阻流块；11：疏盐管；12：疏盐阀；13：外部疏盐总管。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本实用新型的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本实用新型相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

参看图1，本实施例提供一种熔盐电加热装置，包括串联的多级加热模块，加热模块包括加热室、电热元件和疏盐管11。加热室内设有加热腔5，前一级加热模块中的加热腔5的输出口与后一级加热模块中的加热腔5的输入口连通。电热元件设于加热腔5内，用于加热加热腔5内的熔盐，且前一级加热模块中的电热元件的加热温度小于后一级加热模块中的电热元件的加热温度。疏盐管11连通加热腔5和外部疏盐总管13，疏盐管11上设有疏盐阀12。

现有技术多采用单罐的立式或卧式结构，熔盐在一个加热腔5内完成从最初的低温熔盐加热至最终需要的高温熔盐，也就是熔盐在加热腔5内需要完成较大的温度的提升。而熔盐温度的提升是通过部分熔盐直接与电热元件换热，然后该部分熔盐与其余熔盐换热的方式来实现的，因此使得在需要有较高的温度提升时容易产生换热不均、局部温度过高、加热腔5内壁不同区域的热应力差异大等问题。

而本实施例提供的熔盐电加热装置，采用多级加热的形式，在各级加热模块中逐级升温。也就是，熔盐在每级加热模块中的需要提升的温度较小，也就有利于熔盐均匀升温，不易造成局部温度过高，从而避免电热元件因局部高温而击穿损坏的风险。且，熔盐在单个加热腔5内需要提升的温度差小、熔盐均匀升温，使得加热腔5内壁不同区域的热应力差异也会相对较小，加热腔5内壁会有相对较小且均匀的热变形，从而使得加热腔5内壁耐应力能力受到的不良影响大大降低，使得安全性大大增加；同时，在面对较大的弃光资源消纳规模情况下，传统的单罐对大小、壁厚等参数要求很高，即无论是材料还是工艺方面，投入成本很高，而本方案可以通过分设多个加热腔5，降低在材料及工艺要求，从而节省加热室的材料成本。

而，熔盐采用多级加热的形式，使得各级加热模块中加热腔5内的熔盐在输出口处达到的温度逐级增加，如此，对应输出口处熔盐温度较低的加热腔5，其制成加热腔5内壁的材料对耐高温的具体要求也会相应降低，从而节省本实施例熔盐电加热装置的材料成本。

下面对本实施例的熔盐电加热装置进行进一步说明。

如图1所示，本实施例的熔盐电加热装置包括四级加热模块4，分别为一级加热模块1、二级加热模块2、三级加热模块3和四级加热模块4；每级加热模块包括一个加热室。

每级加热模块可以包括一个或多个加热室(每一加热室对应设有与之配套的电热元件、疏盐管11等)。当需要应用于大规模的弃光资源消纳，可以通过增加每级加热模块中的加热室数量，来控制加热腔5的容积，避免因加热腔5的容积过大而产生换热不均、局部温度过大的情况发生。具体，当某一级的加热模块中包括多个加热室时，多个加热室可以以并联的方式设置。例如，当前一级加热模块中设有多个加热室、后一级加热模块中只设置一个加热室时，前一级加热模块中所有加热腔5的输出口通过管道汇总成一个连接口与后一级加热模块中加热腔5的输入口连通；又例如，当前一级加热模块和后一级加热模块中设有相同数量的多个加热室时，前一级加热模块中加热腔5的输出口可以与后一级加热模块中加热腔5的输入口一一对应连通；再例如，当前一级加热模块中加热室的数量和后一级加热模块中加热室的数量不同时，将其中加热室数量多的加热模块中部分加热腔5的输出口/输入口合并，而后再与另一加热模块中加热腔5的输入口/输出口一一对应连通。优选的，当某一级加热模块中设有多个加热室时，该级加热模块中所有加热室的外形、加热腔5的容积、加热腔5的输入口和输出口位置等均相同，且所有加热室设置在同一高度。

在本实施例中，每一加热模块设置一个加热室，其中，一级加热模块1中加热室的加热腔5的输入口为整个熔盐电加热装置的输入口，四级加热模块4中加热室的加热腔5的输出口为整个熔盐电加热装置的输出口。

电热元件可以采用加热管束6。

加热腔5的输出口设于加热腔5的顶部。其中，加热腔5的顶部包括加热腔5的顶面和与顶面连接的侧壁，此处优选为输出口设置在顶面。加热腔5的输出口设置在顶部，可以使得在本实施例工作时，保证熔盐流动过程充满整个加热腔5，从而避免加热管束6因局部接触空气造成空烧而致使局部高温，甚至加热管束6击穿损坏的现象发生

更优的，加热腔5的输入口设于加热腔5的底部，前一级加热模块中的加热腔5的顶部位于后一级加热模块中加热腔5底部的水平面以下。其中，加热腔5的底部包括加热腔5的底面和与底面连接的侧壁，此处优选为输出口设置在与底面连接的侧壁上。加热腔5的输入口和输出口呈对角设置。这些设置均是为了让熔盐电加热装置刚开始工作时，熔盐从输入口进入加热腔5内后，能够从加热腔5底部一点点推进，慢慢向上漫延至输出口，而后再从输出口离开，尽量将加热腔5内的空气完全排出。

加热腔5内靠近顶部的区域设有阻流块10，且阻流块10设于加热腔5的输出口下方。如图1所示，在本实施例中阻流块10连接在加热腔5的内侧壁上。阻流块10主要起到两方面的作用：一方面是，在熔盐加热阶段，阻流块10的存在可以起到扰流作用，强化传热；另一方面是，在熔盐疏盐阶段，后一级加热模块的加热腔5中的熔盐流到前一级加热模块的加热腔5中时，阻流块10可以起到缓冲减速作用，即熔盐从加热腔5的输出口进入加热腔5，熔盐在下降时会先冲击阻流块10，从而使得熔盐在加热腔5内的下降流速减低，防止下降时较大的冲击力对加热腔5的底面造成损伤。

在加热室上方设置有供电部，加热管束6伸出加热腔5并在加热室外与供电部电连接，供电部用于加热管束6供电。具体在本实施例中，供电部可以采用配电箱7，加热管束6的上端与配电箱7电连接，加热管束6竖向向下伸入加热腔5。也就是加热管束6采用垂直下插型，便于加热管束6更换检修。具体，加热管束6若采用侧向横插型(也就是加热管束6从加热室的侧壁以水平或类似水平的方向伸入加热腔5)，则加热腔5内壁在有加热管束6伸入的部分，在其内熔盐重力的作用下，会有较大的应力，从而使得加热管束6连接处的要求较大，通常只能采用焊接，且也会有熔盐泄露的风险，而本实施例采用的垂直下插型，加热管束6的连接处不会受到熔盐重力的作用，连接处的要求较低，可以采用一些可拆卸的连接方式，从而方便更换检修，且不会有熔盐泄露的风险。进一步的，加热管束6采用采用垂直下插型，在将某一加热室上的加热管束6因检修等原因拆除时，可以对因拆除加热管束6而产生的孔作临时密封处理，此时该加热腔5作普通的储罐，而整个熔盐电加热装置仍能正常运行。

加热管束6在加热过程中，会将加热腔5内的热量通过加热管束6外护套导热，使得加热管束6接近配电箱7部分产生比较高的温度，这会影响配电箱7中电气设备的安全性。为此，在位于加热室外的加热管束6上设置降温部，用于对加热管束6位于加热室外的部分降温，从而使得接近配电箱7部分的加热管束6温度保持相对较低，保证电气设备安全。

具体，降温部包括冷水套8和半导体制冷器9。冷水套8包裹加热管束6，用于对加热管束6进行局部降温。半导体制冷器9与冷水套8连接，具体为在冷水套8外敷设有半导体制冷器9，通过电制冷，对冷水套8内的热水及时进行降温，保证对加热管束6的冷却效果。

在本实施例的熔盐电加热装置中，整体采用立式布局，配电箱7、冷水套8、半导体制冷器9等设置于加热室的上方空间，可相对减小占地面积，进一步增加在单位面积内的布置规模。当然，其他实施例中，也可更根据实际情况选择加热管束6的安装方式以及配电箱7、冷水套8、半导体制冷器9等的安装位置，以适应实际场地。

本实施例的熔盐电加热装置，在熔盐加热工作流程中：首先，低温熔盐流入一级加热模块1中加热室的加热腔5中，通过其内的加热管束6对其进行初级加热升温；被初步加热升温的熔盐，以相同的加热形式依次流经二级加热模块2中加热室的加热腔5、三级加热模块3中加热室的加热腔5、四级加热模块4中加热室的加热腔5，逐级升温，达到设定温度后(从四级加热模块4中加热室的加热腔5输出口)流出熔盐电加热装置，进入后续系统循环。

本实施例的熔盐电加热装置，在停机疏盐工作流程中：开启所有疏盐阀12，加热腔5中的熔盐通过疏盐管11流入外部疏盐总管13中。为了节省人工成本(采用人工关闭疏盐阀12时)或电气成本(采用电控关闭疏盐阀12时)，在停机疏盐时，当最后一级的加热模块中加热腔5内的熔盐温度低于某一级加热模块中加热室的设计温度时，可以只开启该级加热模块对应的疏盐阀12和该级之前的加热模块对应的疏盐阀12，该级之后的加热模块的加热腔5内的熔盐可以流入该级加热模块的加热腔5内，经过该级加热模块的疏盐管11流入外部疏盐总管13。例如，当最后一级加热模块中加热腔5内的熔盐温度低于一级加热模块1中加热室的设计温度时，则只需要打开一级加热模块1对应的疏盐阀12即可，其他加热模块中的熔盐流入一级加热模块1的加热腔5内，在一级加热模块1的加热腔5内通过一级加热模块1中的疏盐管11流入外部疏盐总管13。

上面结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式。即使对本实用新型作出各种变化，倘若这些变化属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本实用新型的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种熔盐电加热装置，其特征在于，包括串联的多级加热模块，所述加热模块包括：

加热室，其内设有加热腔，前一级所述加热模块中的所述加热腔的输出口与后一级所述加热模块中的所述加热腔的输入口连通；

电热元件，设于所述加热腔内，用于加热所述加热腔内的熔盐，且前一级所述加热模块中的所述电热元件的加热温度小于后一级所述加热模块中的所述电热元件的加热温度；

疏盐管，连通所述加热腔和外部疏盐总管，所述疏盐管上设有疏盐阀。

2.根据权利要求1所述的熔盐电加热装置，其特征在于，所述加热腔的输出口设于所述加热腔的顶部。

3.根据权利要求2所述的熔盐电加热装置，其特征在于，所述加热腔的输入口设于所述加热腔的底部。

4.根据权利要求2或3所述的熔盐电加热装置，其特征在于，所述前一级所述加热模块中的所述加热腔的顶部位于后一级所述加热模块中所述加热腔底部的水平面以下。

5.根据权利要求2所述的熔盐电加热装置，其特征在于，所述加热腔内靠近顶部的区域设有阻流块，且所述阻流块设于所述加热腔的输出口下方。

6.根据权利要求1所述的熔盐电加热装置，其特征在于，所述电热元件为加热管束。

7.根据权利要求6所述的熔盐电加热装置，其特征在于，所述加热室上方设有供电部，所述加热管束伸出所述加热腔并于所述加热室外与所述供电部电连接。

8.根据权利要求6所述的熔盐电加热装置，其特征在于，所述加热管束伸出所述加热腔并于所述加热室外与供电部电连接，位于所述加热室外的所述加热管束上设有降温部，用于对所述加热管束位于所述加热室外的部分降温。

9.根据权利要求8所述的熔盐电加热装置，其特征在于，所述降温部包括冷水套。

10.根据权利要求9所述的熔盐电加热装置，其特征在于，所述降温部还包括半导体制冷器，所述半导体制冷器与所述冷水套连接，用于对所述冷水套降温。