一种熔盐/混凝土储热换热器、储热系统及储热方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种储热换热器，具体涉及一种熔盐/混凝土储热换热器、储热系统及储热方法。
【背景技术】
[0002]随着常规能源的短缺以及人们对环境质量要求的提高，可再生能源，特别是太阳能，越来越受到人们的青睐；同时，工业生产产生的大量余热也是今后能源综合利用的重点。
[0003]无论是太阳能还是工业余热，其最大的不足就是能量供应的不稳定性。将太阳能热发电以及工业余热与储热系统结合起来，可增加太阳能和工业余热输出的稳定性以及可用性。
[0004]然而，现有的储热换热系统，具有热能输出的稳定性有限、成本高、结构复杂以及运行调度不灵活等问题，从而限制了大型太阳能热发电以及工业余热的广泛利用。
【发明内容】
[0005]针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种熔盐/混凝土储热换热器、储热系统及储热方法，可有效解决上述问题。
[0006]本发明采用的技术方案如下:
[0007]本发明提供一种熔盐/混凝土储热换热器，包括:高温混凝土储热体(2)、至少一个换热管道⑴、第I联箱⑶、第2联箱(4)、进口管(5)、出口管(6)、排气阀和放盐阀；
[0008]其中，各个所述换热管道(I)等距平行镶嵌于所述高温混凝土储热体(2)的内部；并且，各个所述换热管道(I)的进口均位于所述高温混凝土储热体(2)的上方，且分别密封连接到所述第I联箱(3)的各个支管接口，所述第I联箱(3)的总管与所述进口管(5)连接，在所述第I联箱(3)设置所述排气阀；
[0009]各个所述换热管道(I)的出口均位于所述高温混凝土储热体(2)的下方，且分别密封连接到所述第2联箱(4)的各个支管接口，所述第2联箱(4)的总管与所述出口管(6)连接，在所述第2联箱(4)的总管与所述出口管￠)的连接管道上，设置所述放盐阀。
[0010]优选的，所述换热管道(I)中流通介质为高温熔盐；在流体流动方向，所述换热管道(I)向下倾斜。
[0011]优选的，所述换热管道(I)向下倾斜的坡度为3%。
[0012]优选的，所述换热管道(I)为管道式蛇形管道。
[0013]优选的，还包括保温层；所述保温层包覆在所述高温混凝土储热体(2)的外部。
[0014]优选的，所述保温层的材料为高温硅酸铝和玻璃纤维形成的复合层材料。
[0015]优选的，还包括:第I温度测点(7)和第2温度测点⑶；所述第I温度测点(7)设置于所述高温混凝土储热体(2)的内部且靠近所述换热管道(I)的进口，用于测量所述高温混凝土储热体(2)的进口侧温度；
[0016]所述第2温度测点(8)设置于所述高温混凝土储热体(2)的内部且靠近所述换热管道(I)的出口，用于测量所述高温混凝土储热体(2)的出口侧温度。
[0017]优选的，所述第I温度测点(7)和所述第2温度测点⑶为热电偶温度测点。
[0018]本发明还提供一种熔盐/混凝土储热系统，包括至少两个上述的熔盐/混凝土储热换热器；其中，各个所述熔盐/混凝土储热换热器为串联连接方式或并联连接方式。
[0019]本发明还提供一种熔盐/混凝土储热方法，包括以下步骤:
[0020]对于单个熔盐/混凝土储热换热器，设共设置η个换热管道(I)，则:
[0021]对高温混凝土储热体(2)充热流程如下:
[0022]首先，打开排气阀，排放各个换热管道(I)的高压空气；
[0023]然后，关闭排气阀，高温熔盐通过进口管(5)流入到第I联箱(3)，在第I联箱(3)中，将高温熔盐分为η个支路，分别送往η个换热管道(5)的进口，各个支路的高温熔盐在各自的换热管道(I)中呈蛇形曲折向下流动，并在流动过程中发生热交换，使高温混凝土储热体(2)温度不断上升，而高温熔盐温度不断下降而变为低温熔盐；各个支路的低温熔盐流入到第2联箱(4)，在第2联箱(4)中，将各个支路的低温熔盐汇聚后，打开放盐阀，通过出口管(6)向外排出；
[0024]循环上述过程，高温熔盐不断注入到换热管道(I)，在与高温混凝土储热体(2)发生热交换后，从换热管道(I)排出；从而不断对高温混凝土储热体(2)充热，通过第2温度测点(8)监测高温混凝土储热体(2)的吸热情况，当监测到高温混凝土储热体(2)的温度达到设定值时充热完成，停止向换热管道(I)的进口注入高温熔盐，并通过放盐阀，将换热管道⑴的残留熔盐排出；
[0025]对高温混凝土储热体(2)放热流程如下:
[0026]首先，打开排气阀，排放各个换热管道(I)的高压空气；
[0027]然后，关闭排气阀，低温熔盐通过进口管(5)流入到第I联箱(3)，在第I联箱(3)中，将低温熔盐分为η个支路，分别送往η个换热管道(I)，各个支路的低温熔盐在各自的换热管道(I)中呈蛇形曲折向下流动，并在流动过程中发生热交换，使高温混凝土储热体(2)温度不断下降而放热，而低温熔盐温度不断上升而变为高温熔盐；各个支路的高温熔盐流入到第2联箱(4)，在第2联箱(4)中，将各个支路的高温熔盐汇聚后，打开放盐阀，通过出口管(6)向外排出；
[0028]循环上述过程，低温熔盐不断注入到换热管道(I)，在与高温混凝土储热体(2)发生热交换后，从换热管道(I)排出；从而不断对高温混凝土储热体(2)放热，通过第2温度测点(8)监测高温混凝土储热体(2)的放热情况，当监测到高温混凝土储热体(2)的温度达到设定值时充热完成，停止向换热管道(I)注入低温熔盐，并通过放盐阀，将换热管道
(I)的残留熔盐排出。
[0029]本发明的有益效果如下:
[0030]本发明提供一种熔盐/混凝土储热换热器、储热系统及储热方法，为一种价格低廉、操作简单、安全、稳定的储热系统，既适应于大型太阳能热电站储热系统的储热与换热，又适应于不稳定工业余热回收的热存储，对于可再生能源以及余热的充分利用具有重要意义。
【附图说明】
[0031]图1为本发明提供的熔盐/混凝土储热换热器的剖面图。
【具体实施方式】
[0032]以下结合附图对本发明进行详细说明:
[0033]如图1所示，本发明提供一种熔盐/混凝土储热换热器，包括:高温混凝土储热体
2、至少一个换热管道1、第I联箱3、第2联箱4、进口管5、出口管6、排气阀和放盐阀；
[0034]其中，各个换热管道I等距平行镶嵌于高温混凝土储热体2的内部，制作过程中，直接将换热管道浇筑在高温混凝土储热体内部，使换热管道和高温混凝土储热体之间不存在间隙，提高换热效率；并且，各个换热管道I的进口均位于高温混凝土储热体2的上方，且分别密封连接到第I联箱3的各个支管接口，第I联箱3的总管与进口管5连接，在第I联箱3设置排气阀；
[0035]各个换热管道I的出口均位于高温混凝土储热体2的下方，且分别密封连接到第2联箱4的各个支管接口，第2联箱4的总管与出口管6连接，在第2联箱4的总管与出口管6的连接管道上，设置放盐阀。
[0036]本发明中，换热管道为管道式蛇形管道，例如，光管或翅片管，采用管道式蛇形管道，可有效提高高温混凝土储热体中换热管道的长度，增强换热效果。本发明提供的熔盐/混凝土储热换热器，为专门针对流通介质为高温熔盐的换热器，考虑到熔盐的高熔点特性，为实现熔盐的有效排放，保证换热器内部不会出现熔盐凝固现象，采用以下两种措施:(I)放盐阀设置在低位排放点；(2)在流体流动方向，换热管道I向下倾斜。其中，向下倾斜的角度设计非常关键，如果向下倾斜的角度过大，则熔盐在换热管道中的流动速度过大，从而降低换热效率；如果向下倾斜的角度过小，则熔盐在换热管道中的流动速度缓慢，易发生熔盐无法从换热管道排尽的问题。本发明人经过多年试验，反复尝试，最终设计得到向下倾斜坡度为3%，参考图1，当换热管道为蛇形管道时，可以看出，无论是流体从左侧向右侧流动的管道，还是流体从右侧弯回向左流动的管道，均为向下倾斜结构。
[0037]此外，还可以设置保温层，保温层包覆在高温混凝土储热体的外部，降低高温混凝土储热体所存储能量的散发，保温层的材料可采用高温硅酸铝和玻璃纤维形成的复合层材料，其厚度根据散热要求灵活选定。
[0038]为实现对高温混凝土储热体充放热过程的自动控制，防止出现过热或过放现象而降低高温混凝土储热体的使用寿命等，本发明中，还包括:第I温度测点7和第2温度测点
8;第I温度测点7设置于高温混凝土储热体的内部且靠近换热管道的进口端，用于测量高温混凝土储热体的进口侧温度；第2温度测点8设置于高温混凝土储热体的内部且靠近换热管道的出口端，用于测量高温混凝土储热体的出口侧温度。其中，第I温度测点7和第2温度测点8为热电偶温度测点。
[0039]上述的各个熔盐/混凝土储热换热器采用模块化设计，可采用串联连接方式或并联连接方式，从而组成熔盐/混凝土储热系统，达到扩大储热容量以及提高储热最高温度的目的。
[0040]本发明还提供一种熔盐/混凝土储热方法，包括以下步骤:
[0041]对于单个熔盐/混凝土储热换热器，设共设置η个换热管道1，则:
[0042]对高温混凝土储热体2充热流程如下:
[0043]首先，打开排气阀，排放各个换热管道I的高压空气；
[0044]然后，关闭排气阀，高温熔盐通过进口管5流入到第I联箱3，在