CN109974316B - 一种导热油流动路径为螺旋式的太阳能储能罐 - Google Patents

Abstract

本发明涉及太阳能储能技术，公开了一种导热油流动路径为螺旋式的太阳能储能罐，包括罐体、第一接口、第二接口、第三接口、第四接口，罐体内设有贮热体，贮热体由带十字隔板的贮热体支撑结构支撑，该太阳能储能罐对贮热体进行改进，提高贮热体的导热效率，不仅解决了混泥土杂质混入导热油中的问题，还改变导热油在贮热体中的流动路径，导热油在贮热体中更充分的吸热放热，提高贮热体的工作效率，最后还可以在无太阳的条件下辅助加热导热油。

Description

一种导热油流动路径为螺旋式的太阳能储能罐

技术领域

本发明涉及太阳能储能技术，尤其涉及一种导热油流动路径为螺旋式的太阳能储能罐。

背景技术

浙江宝威电气有限公司在中国申请了一种内置预置混泥土贮热体的储能罐的专利，申请号为201810006774.3；该技术方案下的太阳能储热罐具体结构包括罐体、预制混泥土贮热体以及设置在预制混泥土贮热体外围的网笼。罐体底部为圆形；预制混泥土贮热体设置在罐体内，网笼包括上支撑圈与下支撑圈，上支撑圈与下支撑圈是栅栏结构，导热油可以直接通过上下支撑圈流入预置混泥土贮热体中。

该储能罐存在如下的缺点：利用混泥土贮热，但是混泥土本身导热系数小，热阻大，导热效率低；导热油在工作时要流过混泥土块内的通孔，导热油直接与混泥土块接触，会有混泥土块上的杂质混入导热油中；导热油通过贮热体的通孔直上直下的流动，在贮热时，热油无法充分放热，在放热时，冷油又无法充分吸热，贮热体的工作效率低；在无太阳的条件下，储物罐无法辅助加热导热油。

发明内容

本发明的目的在于解决上述技术问题，提供一种导热油流动路径为螺旋式的太阳能储能罐，该储能罐对贮热体进行改进，提高贮热体的导热效率，不仅解决了混泥土杂质混入导热油中的问题，还改变导热油在贮热体中的流动路径，让导热油在贮热体中更充分的吸热放热，提高贮热体的工作效率，最后还可以在无太阳的条件下辅助加热导热油。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：

一种导热油流动路径为螺旋式的太阳能储能罐，包括罐体，罐体上设有用于连接蒸汽发生器冷热油进出口的第一接口、第二接口和用于连接聚光加热器冷热油进出口的第三接口、第四接口，罐体内设有贮热体，贮热体由带十字隔板的贮热体支撑结构支撑；带十字隔板的贮热体支撑结构由若干上下层叠结构的支撑盘和若干十字隔板组成，每两相邻支撑盘之间设置一个十字隔板，十字隔板交叉点与支撑盘圆心重合；十字隔板包括三个短板和一个长板，所述十字隔板长板的端部与支撑盘边缘相接，所述十字隔板三个短板的端部与支撑盘边缘间隔一段距离；每个支撑盘上设有一导热油出入口，相邻两个支撑盘各自导热油出入口分别位于十字隔板长板的两侧；在水平投影面上，以支撑盘圆心为中心各十字隔板从上到下依次顺时针偏转一定角度或者依次逆时针偏转一定角度。这样的设计保证了导热油在连续经过多个导热油流动层时，流动方向不会发生变化，都是沿着同一个方向螺旋上升或者螺旋下降，这样的结构保证了导热油在整个贮热体中的流动更加顺畅，在保证流速的前提下有效降低油压。

两相邻支撑盘之间的空间用于安置贮热体，两层预置混泥土块结构的贮热体共有上支撑盘、中支撑盘、下支撑盘共三个支撑盘。三层预置混泥土结构的贮热体共有上支撑盘、下支撑盘，两个中支撑盘共四个支撑盘，以此类推。两相邻支撑盘之间即为一个导热油流动层，分居十字隔板长端两侧的导热油出入口，保证了导热油在该导热油流动层流动时必然从十字隔板长端的一侧的导热油出入口流入，绕过隔板，从隔板长端的另一侧的导热油出入口流出。十字隔板的十字型设置保证了导热油在流动时必然要绕过十字隔板成环形流动。

作为优选，在相邻两个支撑盘之间对应各支撑盘上的导热油出入口，分别设有一个导热油出入区，相邻两个支撑盘之间导热油出入区以外的区域用于放置贮热体，导热油出入区与用于放置贮热体的区域之间设有栅格。这样的结构保证了导热油从支撑盘导热油出入口流入，直接进入该空间，然后通过有空隙的隔离结构流入贮热体通孔中。同时隔离结构又将贮热体与导热油出入口区隔开，防止贮热体堵塞导热油出入口，保证了导热油的顺畅地在各导热油流动层流动。

作为优选，贮热体分块内设有多个沿圆周方向延伸的通孔，相邻两个贮热体分块内的通孔相互连通，导热油可以通过通孔在贮热体内顺畅流动，有利于导热油与整个预制混泥土贮热体的热交换。在各贮热体分块表层及内部通孔表面覆盖有一层导热金属层，既可以有效防止混泥土块直接与导热油接触，减少掺入导热油中杂质数量，有效减少整个系统的故障风险。

作为优选，各贮热体分块表面开有通槽，通槽路径与贮热体分块表面的通孔重合。

作为优选，第三接口与第四接口之间连通设有电磁加热管，电磁加热管包括用于流通导热油的金属管、缠绕在金属管外表面上的电磁加热线圈、包裹电磁加热线圈的保温棉。

作为优选，第四接口与电磁加热管进口端之间设有三滤网滤清器，三滤网滤清器包括导热油进口、用于导热油流通的过滤通道和导热油出口，过滤通道由三段过滤仓前后连接组成；第一过滤仓前端与导热油进口连接，后端通过法兰与第二过滤仓前端连接，第一过滤仓与第二过滤仓连接处设第一过滤网；第二过滤仓后端通过法兰与第三过滤仓前端连接，第二过滤仓与第三过滤仓连接处设第二过滤网；第三过滤仓后端通过法兰与导热油出口连接，第三过滤仓与导热油出口连接处设第三过滤网；第一过滤仓为粗过滤仓，第二过滤仓为中过滤仓，第三过滤仓为细过滤仓；第一过滤网为粗过滤网，第二过滤网为中过滤网，第三过滤仓为细过滤网。上述技术方案中，三层过滤网过滤杂质的效果显著，粗滤网过滤颗粒大的杂质，中滤网过滤颗粒较大的杂质，细滤网过滤颗粒小的杂质，逐层过滤提高过滤效率。

作为优选，过滤网包括网布和密封支撑圈，围绕网布周围设密封支撑圈，网布边缘固定在密封支撑圈内；粗过滤仓与中过滤仓通过密封支撑圈压紧密封，中过滤仓与细过滤仓通过密封支撑圈压紧密封，细过滤仓与导热油出口通过密封支撑圈压紧密封；过滤仓为球形，过滤仓底部设有凹槽，凹槽底部设有杂质排放口。上述技术方案中，密封支撑圈起到密封过滤通道的作用，防止泄露导热油；过滤网外圈镶嵌在密封支撑圈内，对过滤网相对柔软的结构起到牢固作用，当导热油流过时，过滤网可以承受冲击力；过滤通道中轴线的导热油流速相对较快，杂质被阻隔在过滤网的一侧，杂质慢慢沉淀下来聚集在过滤通道底端，再从杂质排放口排出杂质。

作为优选，罐体内壁上对应各支撑盘各有一组支撑脚，各支撑脚均为楔形，对应各支撑盘的支撑脚一面与罐体内壁相接，一面支撑于各对应支撑盘边缘。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是两层贮热体的带十字隔板支撑结构。

图3是贮热体分块拼接成一整块贮热体的拼接方式示意图。

图4是贮热体分块表面通孔设置位置的示意图。

图5是贮热体分块表面设置通槽组的示意图。

图6是贮热体分块表面、通孔表面和通槽组表面设置导热金属层的示意图。

图7是电磁加热管的内部组成示意图。

图8是三滤网滤清器的结构示意图。

图9是过滤网的结构示意图。

图中：1、罐体，2、第一接口，3、第二接口，4、第三接口，5、第四接口，6、上支撑盘，7、中支撑盘，8、下支撑盘，9、上层十字隔板，10、下层十字隔板，11、上支撑盘导热油出入口，12、中支撑盘导热油出入口，13、下支撑盘导热油出入口，14、导热油出入口栅格，15、整块贮热体，16、贮热体分块，17、X轴通孔，18、Y轴通孔，19、Z轴通孔，20、长度方向通槽组，21、宽度方向通槽组，22、导热金属碎屑，23、导热金属层，240、电磁加热管，24、金属管，25、电磁加热线圈，26、保温棉，27、三滤网滤清器，28、导热油进口，29、过滤通道，30、导热油出口，31、粗过滤网，32、中过滤网，33、细过滤网，34、网布，35、密封支撑圈，36、凹槽，37、杂质排放口，38、循环泵，39、第一开关阀，40、第二开关阀，41、支撑脚。

具体实施方式

以下结合附图和实施方式对本发明作进一步的说明，文中的位置关系与附图本身的位置关系方向一致，只为叙述方便，并不对本发明的结构起限定作用。

本发明是一种导热油流动路径为螺旋式的太阳能储能罐，如图1所示，包括罐体1，罐体1上设有用于连接蒸汽发生器冷热油进出口的第一接口2、第二接口3和用于连接聚光加热器冷热油进出口的第三接口4、第四接口5，罐体内设有贮热体，贮热体由带十字隔板的贮热体支撑结构支撑；带十字隔板的贮热体支撑结构由若干上下层叠结构的支撑盘和若干十字隔板组成，每两相邻支撑盘之间设置一个十字隔板，十字隔板交叉点与支撑盘圆心重合；十字隔板包括三个短板和一个长板，所述十字隔板长板的端部与支撑盘边缘相接，所述十字隔板三个短板的端部与支撑盘边缘间隔一段距离；每个支撑盘上设有一导热油出入口，相邻两个支撑盘各自导热油出入口分别位于十字隔板长板的两侧；在水平投影面上，以支撑盘圆心为中心各十字隔板从上到下依次顺时针偏转一定角度或者依次逆时针偏转一定角度。

以两层贮热体为例，其带十字隔板的贮热体支撑结构如图2。整个结构包括上支撑盘6，中支撑盘7，下支撑盘8，上层十字隔板9，下层十字隔板10，上支撑盘导热油出入口11，中支撑盘导热油出入口12，下支撑盘导热油出入口13，导热油出入口栅格14。

带三维通孔的贮热体15分为两层，分别安置于下支撑盘8与中支撑盘7之间、中支撑盘7与上支撑盘6之间；上层十字隔板9位于上支撑盘6与中支撑盘7之间，十字隔板交点与两支撑盘圆心重合；下层十字隔板10位于下支撑盘8与中支撑盘7之间，十字隔板交点与两支撑盘圆心重合；从俯视角度，下层十字隔板10相比上层十字隔板9顺时针偏转了一定角度；上支撑盘导热油出入口11紧贴上层十字隔板9长端的右侧；中支撑盘导热油出入口12紧贴上层十字隔板9长端的左侧，同时也紧贴下层十字隔板10长端的右侧；下支撑盘导热油出入口13紧贴下层十字隔板10长端的左侧。上支撑盘导热油出入口11、中支撑盘导热油出入口12、下支撑盘导热油出入口8开口于对应支撑盘外缘，罐体壁、十字隔板以及沿导热油开口边沿周向设置的两面导热油出入口栅格14共同在相邻两层支撑盘间围成一块隔离空间。各支撑脚分别设置于三组支撑盘边缘，将整个贮热体固定于太阳能储热罐体中部。支撑脚为楔形，一面与罐体连接，一面与对应支撑盘边缘连接。

参见图3为各贮热体分块拼接成一整块贮热体的拼接方式示意图，图3为俯视角度。整块贮热体15为近圆柱形，由多个贮热体分块拼接而成。贮热体分块16是组合成整块贮体的各贮热体分块中的一块，贮热体分块16是横截面为梯形的长方体。

参见图4、图5、图6，以贮热体分块16为例，对贮热体分块内外结构进行说明。贮热体分块16内还可以设有三组XYZ轴轴向设置的通孔组，每组通孔组有若干个均匀分布的通孔；X轴通孔17与Y轴 通孔18相交，Z轴通孔19穿过X轴通孔17与Y轴 通孔18的交点贮热体分块16表面开有长度方向通槽组20与宽度方向通槽组21，各组通槽有若干条通槽，两方向通槽的交汇处与通孔重合。各组通槽均匀分布于贮热体表面，成网格状。由混泥土浇筑成形的贮热体分块16内部混杂有导热金属碎屑22。通孔表面覆盖有导热金属层23。贮热体分块表面及通槽表面覆盖有导热金属层23。

在拼接过程中，各贮热块分块如图3方式组合在一起，各贮热体分块的X轴向通孔相互对接契合。导热油通过各贮热体分块上重合的X轴向通孔，可以顺畅流遍整个贮热体。分布于贮热体分块表面的网格状通槽，为两贮热体分块的拼接面留下了空隙，可以在一定程度上弥补由于拼接不当导致的各贮热体分块X通孔对接不准、X轴通孔未能完全重合所带来的导热油流动不畅的问题。

如图8所示，导热油从导热油进口28通入，经过粗过滤网31，大颗粒的杂质被粗过滤网31阻隔，慢慢沉淀在粗过滤仓底部，通过杂质排放口37排出，以此类推，导热油依次经过粗过滤网31、中过滤网32和细过滤网33三层过滤网层层过滤，最后从导热油出口30排出。

本发明的工作过程如下：第三接口4与第四接口5与太阳能聚光加热器相连，冷油由第四接口5流入太阳能聚光加热器，经过加热变为热油通过第三接口4流入太阳能储热罐中；在无太阳的条件下，导热油被通入电磁加热管240加热。第一接口2与第二接口3与蒸汽发生器相连，热油经过第一接口2被抽入蒸汽发生器中，释放热量，做功发电。释放热量后，热油变为冷油从第二接口3流入太阳能储热罐中。

在白天，光照充足的时候，通过控制导热油泵，让第三接口4的导热油流量大于第一接口2的导热油流量，在储热罐上部一部分多余的热油会经过上支撑盘导热油出入口向下流入整块贮热体15中，由于上支撑盘的导热油出入口11与中支撑盘的导热油出入口12分别在上层十字隔板9两侧，导热油从上支撑盘导热油出入口11流入，只能在导热油流动层中成环形流动，从上层十字隔板9另一侧的中支撑盘导热油出入口12流出，导热油在这期间通过整块贮热体15中的通孔充分环流经过该层的整个贮热体。导热油经过中支撑盘导热油出入口12，流入下一层的导热油流动层，就像在上一层中流动一样，导热油通过整块贮热体15中的通孔充分环流经过该层的整个贮热体，然后导热油从下支撑盘导热油出入口13流出。经过充分放热的导热油由热变冷，与储热罐下方的冷油汇聚一起，通过第四接口5重新流入太阳能聚光加热器中，再次加热。

在夜晚或者阴雨天，光照不充足时，通过控制导热油泵，让第三接口4的导热油流量小于第一接口2的导热油流量，在储热罐下方一部分多余的冷油就会经过下支撑盘的导热油出入口13向上流入整块贮热体15中，由于下支撑盘的导热油出入口13与中支撑盘的导热油出入口12分别在下层十字隔板10的两侧，导热油从下支撑盘导热油出入口13流入，只能在导热油流动层中成环形流动，从下层十字隔板10另一侧的中支撑盘导热油出入口12流出，导热油在这期间通过整块贮热体15中的通孔充分环流经过该层的整个贮热体。导热油经过中支撑盘导热油出入口12，流入下一层的导热油流动层，就像在上一层中流动一样，导热油通过整块贮热体15中的通孔充分环流经过该层的整个贮热体15，然后导热油从上支撑盘的导热油出入口11流出，经过两层的环形流动，导热油在贮热体中充分吸热，由冷油变为热油进入储热罐上方的热油区，热油经第一接口2被抽取进入蒸汽发生器开始做功。

本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (6)

1.一种导热油流动路径为螺旋式的太阳能储能罐，其特征在于：包括罐体，罐体上设有用于连接蒸汽发生器冷热油进出口的第一接口、第二接口和用于连接聚光加热器冷热油进出口的第三接口、第四接口，罐体内设有贮热体，贮热体由带十字隔板的贮热体支撑结构支撑；带十字隔板的贮热体支撑结构由若干上下层叠结构的支撑盘和若干十字隔板组成，每两相邻支撑盘之间设置一个十字隔板，十字隔板交叉点与支撑盘圆心重合；十字隔板包括三个短板和一个长板，所述十字隔板长板的端部与支撑盘边缘相接，所述十字隔板三个短板的端部与支撑盘边缘间隔一段距离；每个支撑盘上设有一导热油出入口，相邻两个支撑盘各自导热油出入口分别位于十字隔板长板的两侧；在水平投影面上，以支撑盘圆心为中心各十字隔板从上到下依次顺时针偏转一定角度或者依次逆时针偏转一定角度；

在相邻两个支撑盘之间对应各支撑盘上的导热油出入口，分别设有一个导热油出入区，相邻两个支撑盘之间导热油出入区以外的区域用于放置贮热体，导热油出入区与用于放置贮热体的区域之间设有栅格；

贮热体由多个贮热体分块沿圆周方向组合而成，贮热体分块内设有多个沿圆周方向延伸的通孔，相邻两个贮热体分块内的通孔相互连通；

贮热体分块是混有导热金属碎屑的混泥土结构，贮热体分块表层及内部通孔表面覆有一层导热金属层；

贮热体分块与贮热体分块拼接面处设有横竖两向的通槽组，各通槽组有若干均匀分布的通槽，两向通槽交汇处与通孔重合。

2.根据权利要求1所述的太阳能储能罐，其特征在于：第三接口与第四接口之间连通设有电磁加热管，电磁加热管包括用于流通导热油的金属管、缠绕在金属管外表面上的电磁加热线圈、包裹电磁加热线圈的保温棉。

3.根据权利要求1所述的太阳能储能罐，其特征在于：第四接口与电磁加热管进口端之间设有三滤网滤清器，三滤网滤清器包括导热油进口、用于导热油流通的过滤通道和导热油出口，过滤通道由三段过滤仓前后连接组成；第一过滤仓前端与导热油进口连接，后端通过法兰与第二过滤仓前端连接，第一过滤仓与第二过滤仓连接处设第一过滤网；第二过滤仓后端通过法兰与第三过滤仓前端连接，第二过滤仓与第三过滤仓连接处设第二过滤网；第三过滤仓后端通过法兰与导热油出口连接，第三过滤仓与导热油出口连接处设第三过滤网；第一过滤仓为粗过滤仓，第二过滤仓为中过滤仓，第三过滤仓为细过滤仓；第一过滤网为粗过滤网，第二过滤网为中过滤网，第三过滤仓为细过滤网。

4.根据权利要求3所述的太阳能储能罐，其特征在于：过滤网包括网布和密封支撑圈，围绕网布周围设密封支撑圈，网布边缘固定在密封支撑圈内；粗过滤仓与中过滤仓通过密封支撑圈压紧密封，中过滤仓与细过滤仓通过密封支撑圈压紧密封，细过滤仓与导热油出口通过密封支撑圈压紧密封；过滤仓为球形，过滤仓底部设有凹槽，凹槽底部设有杂质排放口。

5.根据权利要求1所述的太阳能储能罐，其特征在于：第四接口与电磁加热管进口端之间还设有用于驱动导热油循环的循环泵、第一开关阀，电磁加热管设有第二开关阀。

6.依据权利要求1所述的太阳能储能罐，其特征在于，罐体内壁上对应各支撑盘各有一组支撑脚，各支撑脚均为楔形，对应各支撑盘的支撑脚一面与罐体内壁相接，一面支撑于各对应支撑盘边缘。