一种气体与熔盐接触换热的蓄热装置的制作方法

本发明属于熔盐蓄热技术领域，特别是涉及一种气体与熔盐接触换热的蓄热装置。

背景技术：

直接接触换热是指两股或多股流体在无固体间壁情况下的热能传递过程。由于冷热流体间可直接进行物理接触，因此该换热方式与间壁式换热相比，优点在于传热面积大、传热速率更高、传热效果好，且传热设备的结构更加简单，维修方便，间壁式换热设备中出现的热膨胀、结垢及腐蚀问题可大大减少。

现有的光热发电站中，多采用熔融盐作传热与蓄热介质，结合蒸汽动力循环发电，熔盐换热装置采用间壁式换热器，存在换热热阻大、换热效率不高，且熔盐大范围在管道内流动会发生腐蚀和冻堵现象。另一方面，针对光热发电(高温蓄热领域)而提出的传统熔盐蓄热方案(双罐蓄热和斜温层单罐蓄热)均投资成本高昂，核心设备(熔盐泵和换热器)技术难度大，防熔盐冻堵措施复杂。这些问题限制了熔盐蓄热技术在中低温供热(工业供热和集中供暖等)领域的商业化应用。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种气体与熔盐接触换热的蓄热装置，采用气体与熔盐接触换热技术，熔盐储罐兼具蓄热和放热两种功能，极大的简化了熔盐蓄热系统，具有结构简单、成本低、安全性高、抗熔盐冻堵等显著优点，可有效推动熔盐蓄热技术在中低温供热领域的商业化应用。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明为一种气体与熔盐接触换热的蓄热装置，包括熔盐储罐、换热器和电加热器，所述熔盐储罐到换热器的气体流向中依次连通有储气罐、风机和第二阀门；所述换热器到电加热器的气体流向中依次连通有第三阀门和第五阀门；所述换热器还并联有第一旁路，所述第一旁路上设置有第一阀门；所述第一阀门与换热器进气口的第二阀门和换热器出气口的第三阀门并联设置；所述电加热器到熔盐储罐的气体流向中依次连接有第六阀门和三通阀；所述三通阀的一出气口连接到储气罐，所述三通阀的另一出气口连接到扩散器；所述电加热器还并联有第二旁路，所述第二旁路上设置有第四阀门；所述第四阀门与电加热器进气口的第五阀门和电加热器出气口的第六阀门并联设置。

进一步地，所述熔盐储罐为卧式储罐或立式储罐，且其外表面设置有电伴热和保温层。

进一步地，所述熔盐储罐内还安装有一扩散器，所述扩散器与熔盐储罐和三通阀连通；所述熔盐储罐顶部还设置有一加料孔，加料孔兼作人孔使用；所述熔盐蓄热罐底部还设置有排盐口。

进一步地，所述换热器上还设置有流体入口和流体出口。

进一步地，所述扩散器包括一气箱，所述气箱一表面设置有一进气管，所述进气管与气箱相互贯通；所述气箱的表面均布开有出气孔；所述气箱包括圆形箱体或矩形箱体或管型箱体。

进一步地，当三通阀与扩散器的气流通路关闭，所述第二阀门、第三阀门和第四阀门均为关闭状态后，所述风机、第一阀门、第五阀门、电加热器、第六阀门、三通阀和储气罐构成一气体预热回路。

进一步地，当三通阀与储气罐的气流通路关闭，三通阀与扩散器的气流通路打开，所述第二阀门、第三阀门和第四阀门均为关闭状态后，所述风机、第一阀门、第五阀门、电加热器、第六阀门、三通阀、扩散器、熔盐储罐和储气罐构成一熔盐蓄热回路。

进一步地，当三通阀与储气罐的气流通路关闭，三通阀与扩散器的气流通路打开，所述第一阀门、第五阀门和第六阀门均为关闭状态后，所述风机、第二阀门、换热器、第三阀门、第四阀门、三通阀、扩散器、熔盐储罐和储气罐构成一熔盐放热回路。

进一步地，当三通阀与储气罐的气流通路关闭，三通阀与扩散器的气流通路打开，所述第一阀门、第四阀门均为关闭状态后，所述风机、第二阀门、换热器、第三阀门、第五阀门、电加热器、第六阀门、三通阀、扩散器、熔盐储罐和储气罐构成一熔盐边蓄热边放热回路。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明采用气体(如氮气等惰性气体)与熔盐接触换热技术，熔盐储罐兼具蓄热和放热两种功能，换热效率高、结构简单，极大的简化了熔盐蓄热系统，降低了系统成本，并提高了系统安全性。

2、本发明摒弃熔盐管道和价格昂贵的熔盐泵和熔盐换热器，熔盐相关设备比传统熔盐蓄热装置大幅减少，仅包含一熔盐储罐，彻底解决熔盐冻堵问题。

3、本发明利用气体作为中间换热介质，避免熔盐与换热流体直接换热，降低了换热流体泄露到熔盐中的风险，提高了装置的安全性。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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。

图1为一种气体与熔盐接触换热的蓄热装置的示意图。

图2为一种气体与熔盐接触换热的蓄热装置适用于立式熔盐储罐的扩散器结构示意图。

图3为一种气体与熔盐接触换热的蓄热装置适用于卧式熔盐储罐的扩散器结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1-熔盐储罐，2-扩散器，3-加料孔，4-储气罐，5-风机，6-换热器，7-电加热器，8-第一阀门，9-第二阀门，10-第三阀门，11-第四阀门，12-第五阀门，13-第六阀门，14-三通阀，21-排气孔，22-进气口，23-气箱，a-流体入口，b-流体出口，c-排盐口。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图和具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“中”、“内”、“顶”、“底”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

请参阅图1所示，本发明为一种气体与熔盐接触换热的蓄热装置，包括熔盐储罐1、换热器6和电加热器7，熔盐储罐1到换热器6的气体流向中依次连通有储气罐4、风机5和第二阀门9；换热器6到电加热器7的气体流向中依次连通有第三阀门10和第五阀门12；换热器6还并联有第一旁路，第一旁路上设置有第一阀门8；第一阀门8与换热器进气口的第二阀门9和换热器出气口的第三阀门10并联设置；电加热器7到熔盐储罐1的气体流向中依次连接有第六阀门13和三通阀14；三通阀14的一出气口连接到储气罐4，三通阀14的另一出气口连接到扩散器2；电加热器7还并联有第二旁路，第二旁路上设置有第四阀门11；第四阀门11与电加热器进气口的第五阀门12和电加热器出气口的第六阀门13并联设置。

其中，熔盐储罐1为卧式储罐或立式储罐，且其外表面设置有电伴热和保温层。

其中，熔盐储罐1内还安装有一扩散器2，扩散器2与熔盐储罐1和三通阀4连通；熔盐储罐1顶部还设置有一加料孔3，加料孔3兼作人孔使用，既可用于向熔盐储罐1内投放熔盐，又可作为设备检修通道；熔盐储罐1底部还设置有排盐口c，紧急事故工况或装置废弃时，可通过排盐口c将熔盐蓄热罐1内的熔盐转移至安全处。

其中，换热器6上还设置有流体入口a和流体出口b。

其中，扩散器2包括一气箱23，气箱23一表面设置有一进气管22，进气管22与气箱23相互贯通；气箱23的表面均布开有出气孔21；气箱23包括圆形箱体或矩形箱体或管型箱体。

其中，当三通阀14与扩散器2的气流通路关闭，第二阀门9、第三阀门10和第四阀门11均为关闭状态后，风机5、第一阀门8、第五阀门12、电加热器7、第六阀门13、三通阀14和储气罐4构成一气体预热回路。

其中，当三通阀14与储气罐4的气流通路关闭，三通阀14与扩散器2的气流通路打开，第二阀门9、第三阀门10和第四阀门11均为关闭状态后，风机5、第一阀门8、第五阀门12、电加热器7、第六阀门13、三通阀14、扩散器2、熔盐储罐1和储气罐4构成一熔盐蓄热回路。

其中，当三通阀14与储气罐4的气流通路关闭，三通阀与扩散器2的气流通路打开，第一阀门8、第五阀门12和第六阀门13均为关闭状态后，风机5、第二阀门9、换热器6、第三阀门10、第四阀门11、三通阀14、扩散器2、熔盐储罐1和储气罐4构成一熔盐放热回路。

其中，当三通阀14与储气罐4的气流通路关闭，三通阀14与扩散器2的气流通路打开，第一阀门8、第四阀门11均为关闭状态后，风机5、第二阀门9、换热器6、第三阀门10、第五阀门12、电加热器7、第六阀门13、三通阀14、扩散器2、熔盐储罐1和储气罐4构成一熔盐边蓄热边放热回路。

一种气体与熔盐接触换热的蓄热装置，使用氮气作为传热介质。蓄热时，关闭第二阀门9、第三阀门10和第四阀门11，打开第一阀门8，第五阀门12和第六阀门13，开启电加热器7和风机5。当循环气流的温度低于熔盐蓄热罐1时，调节三通阀14，使循环气流不经过熔盐储罐1直接流入储气罐4，经过电加热器7的加热，循环气体温度迅速升高。当循环气流的温度高于熔盐蓄热罐1中熔盐的温度后，调节三通阀14，使循环气流通过扩散器2注入熔盐储罐1中。高温气体进入熔盐储罐1后，与熔盐接触换热，对储罐内的熔盐进行加热，实现熔盐热能的存储。随着蓄热时长的增加，熔盐储罐1中熔盐温度逐渐升高，当升高到最高蓄热温度时，装置蓄满热量，蓄热过程结束，关闭电加热器7，开始对外放热。装置对外放热时，关闭第一阀门8，第五阀门12和第六阀门13，打开第二阀门9、第三阀门10和第四阀门11，循环气体通过换热器6对从流体入口a流入的外部用热介质进行加热，被加热后的用热介质从流体出口b流出，同时被冷却的气体通过扩散器2注入熔盐储罐1中，熔盐与低温气体接触换热，对气体进行加热，实现熔盐热能的释放。随着放热时长的增加，熔盐储罐1中熔盐温度逐渐降低，当降低到最低蓄热温度时，装置放热过程结束，并进入下一个蓄热过程。放热过程中，风机5的转速和三通阀14的开度可调，一方面可以控制放热功率，另一方面可以调节循环气体的温度。整个放热过程中控制气体温度始终处于熔盐凝固点以上，防止扩散器2的排气孔22被堵。

当装置处于非工作状态时，熔盐储罐1外表面的电伴热适时启动，使熔盐温度维持在凝固点以上，避免熔盐在储罐内凝固。当熔盐储罐1需要检修或装置废弃时，通过排盐口c将储罐内所有熔盐转移至安全处。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。