一种省略流量控制的固体取热装置的制作方法

本实用新型涉及储热换热技术领域，尤其涉及一种省略流量控制的固体取热装置。

背景技术：

光热发电相对光伏的核心竞争优势即其可通过储热系统实现可调电力输出.光热发电系统中的储热系统的热量存储有多种技术路线，熔盐储热技术、混凝土储热、沙子储热等技术均表现出其应用潜力。

混凝土储热技术又被称为固体储热技术，固体储热技术中的固体取热装置通常包括储热体。固体取热装置为了控制储热体对外输出热功率，需要控制进入储热体的工质流量。常规设计中，固体取热装置通过设置电动流量调节阀控制进入储热体的工质流量。由于固体取热装置中进入储热体的工质流速并不高，因此对于工质流量的调节精度要求也不高，而电动流量调节阀的造价比较高，因此就造成固体取热装置流量调节的成本相对较高。

技术实现要素：

本实用新型提供一种省略流量控制的固体取热装置，其目的在于降低固体取热装置的流量调节成本。

根据本实用新型的实施例，提供了一种省略流量控制的固体取热装置，包括：内部填充有固体储热介质的储热体，设置于所述储热体之外且内部存储有液态传热介质的储液箱,以及设置于所述储热体上方的换热器,其中，

在所述储热体的固体储热介质中设置若干非水平布置的取热管；每根所述取热管的出口与所述换热器连接；

在每根取热管内部还设置有内塞管，所述内塞管的一端与所述储热箱连通，另一端由所述取热管的底部穿入并向所述取热管出口方向延伸设定高度；所述储液箱的横向截面积大于等于储热体内所有内塞管横向截面积之和；

所述储液箱的液位高于所述内塞管出口的高度，且位于第一高度不变；所述内塞管出口的高度与第一高度之间形成的压差ΔP与所述液态传热介质自第一高度位置起流经储液箱、连接储液箱与内塞管的管路及内塞管全部流道过程中所形成的阻力扬程ΔHZ基本相同。

优选地，所述换热器与所述储液箱连通，所述储液箱的最高高度低于所述换热器底部高度，且所述换热器底部朝所述储液箱倾斜设置；

在所述取热管中由液态相变为气态的传热介质沿所述取热管向上流动后在所述换热器中液化，液化后的液态传热介质流入所述储液箱。

更为优选地，所述换热器中单位时间内液化的液态传热介质的量与单位时间内注入所述储液箱内的液态传热介质的量相等或基本相等。

进一步优选地，在所述换热器的底部还设置有对所述气态传热介质进行饱和处理的饱和器。

其中，所述饱和器包括饱和液态传热介质和金属网或者金属纤维或固体颗粒。

作为另一优选方案，所述储液箱设置于所述换热器的下部；

每根所述取热管通过防回流装置插入到所述饱和器或储液箱中液态传热介质的液面以下；或者

将若干取热管与一连通管路连通，所述连通管路通过防回流装置插入到所述饱和器或储液箱中液态传热介质的液面以下。

优选地，在所述连接储液箱与内塞管的管路上设置截止阀。

由以上技术方案可知，本申请中的固体储热装置，在要求对外输出的热功率数值一定时，只需要将内塞管的出口高度与储热箱的液位高度制作成与液态传热介质自储液箱、连接储液箱与内塞管的管路及内塞管全部流道过程中所形成的阻力扬程基本相同的对应关系，则流入储热体的液态取热工质的流量即可确定，从而省去流量调节阀等调节部件或装置，进而降低固体取热装置的流量调节成本。

附图说明

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，下面将对实施例中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。

图1为根据一优选实施例示出的省略流量控制的固体取热装置的结构示意图；

图2为储热箱设置于换热器下部的固体取热装置的部分截面图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1为根据一优选实施例示出的省略流量控制的固体取热装置。如图1所示，本申请中省略流量控制的固体取热装置包括内部填充有固体储热介质的储热体1，设置于储热体之外且内部存储有液态传热介质的储液箱2,设置于储热体上方的换热器3，换热器3与对外供热管路4连通。

在储热体1的固体储热介质中设置若干非水平布置的取热管5；每根取热管5的出口与换热器3连接，每根取热管5的底部密封并固定连接于储热体1的底部。作为各实施例中的最佳优选实施方式，若干取热管5竖直布置。当然，本实施例中的取热管5亦可倾斜设置，其相对于储热体1水平底面的倾斜角度优选为60°～90°。

在每根取热管5内部还设置有内塞管6。内塞管6的一端与储热箱2连通，另一端由取热管5的底部穿入并向取热管5出口方向延伸设定高度。优选地，内塞管6的中心轴线与取热管5的中心轴线平行或重合。作为各实施例中的最佳优选实施例，内塞管6的中心轴线与取热管5的中心轴重合。

储液箱2的横向截面积大于等于储热体1内所有内塞管6横向截面积之和。储液箱2的液位高于内塞管6出口的高度，且位于第一高度H₁不变。内塞管6出口的高度H₂与第一高度H₁之间形成的压差ΔP与液态传热介质自第一高度位置起流经储液箱2、连接储液箱2与内塞管6的管路及内塞管6全部流道过程中所形成的阻力扬程ΔH_Z基本相同。

下面对本申请中省略流量控制的固体取热装置的工作原理进行详细阐述。

固体储热介质完成储热后温度较高，液态取热工质由储液箱2中经管道进入插在储热介质中取热管5内，液态取热工质在取热管5内受热变为蒸汽，进入换热器3内。对外供热管路4吸收进入换热器3内的蒸汽所携带的能量从而实现对外供热。需要说明的是，本申请中固体储热介质可通过电能转化为热能的方式进行储热，即在储热体1内设置若干加热棒9。当然，还可通过利用太阳能集热的方式使固体储热介质加热等其他储热方式。

在本申请的固体储热装置中，液态取热工质由储液箱2流出后，经连接储液箱2与内塞管6的管路进入内塞管6，注满内塞管6后由内塞管6出口流出沿内塞管6外壁流入取热管5内。液态取热工质在流动过程中的阻力会形成阻力扬程。阻力扬程主要由管道的粗糙程度、工质流动速度决定。在本申请中,使ΔP(内塞管6出口的高度H₂与第一高度H₁之间形成的压差)与液态传热介质自第一高度位置起流经储液箱2、连接储液箱2与内塞管6的管路及内塞管6全部流道过程中所形成的阻力扬程ΔH_Z基本相同,则液态储热介质自储液箱2中向下流动的速度与取热管5中液态储热介质的速度基本相当。由于换热器3对外输出的热功率与流入储热体1的液态取热工质的流量Q正相关,在液态储热介质自储液箱2向下流动的速度确定的情况下，流入储热体1的液态取热工质的流量Q即可确定，从而省去流量调节阀等调节部件或装置。

由上述原理可知，本申请中的固体储热装置，在要求对外输出的热功率数值一定时，只需要将内塞管6的出口高度与储热箱的液位高度制作成与液态传热介质自储液箱2、连接储液箱2与内塞管6的管路及内塞管6全部流道过程中所形成的阻力扬程ΔH_Z基本相同的对应关系，则流入储热体1的液态取热工质的流量Q即可确定，从而省去流量调节阀等调节部件或装置。

作为优选实施方案，本实施例中的换热器3与储液箱2连通，储液箱2的最高高度低于换热器3底部高度，且换热器3底部朝储液箱2倾斜设置。将换热器3与储液箱2连通，可实现在取热管5中由液态相变为气态的传热介质沿取热管5向上流动后在换热器3中液化，液化后的液态传热介质流入储液箱2中，实现液态传热介质的循环使用。优选地，储液箱2与换热器3连通，换热器3中单位时间内液化的液态传热介质的量与单位时间内注入储液箱2内的液态传热介质的量相等或基本相等。

作为进一步地优选方案，在换热器3的底部还设置有对气态传热介质进行饱和处理的饱和器7。其中，饱和器7包括饱和液态传热介质和金属网或者金属纤维或固体颗粒。

将气态传热介质进行饱和处理包括：使气态传热介质穿过饱和液态传热介质后，再通过能够增大换热面积的金属网、金属纤维或固体颗粒，进而使过热的气态传热介质变成饱和的气态传热介质。由于过热的气态传热介质到饱和气的过程，换热效率较低，需要大量换热面积。使用金属网或金属纤维等材料可使得过热气态传热介质与金属网或金属纤维表面充分接触，且网状结构保证了大量的换热面积。

作为优选的实施方案，实施例中的储液箱2还可设置于换热器3的下部，如图2所示。优选地，每根取热管5通过防回流装置10插入到饱和器7或储液箱2中液态传热介质的液面以下。

作为另一优选方案，还可将若干取热管5与一连通管路连通，连通管路通过防回流装置插入到饱和器7或储液箱2中液态传热介质的液面以下。

优选地，在连接储液箱2与内塞管6的管路上设置截止阀8。该截止阀8用于控制液态传热介质是否进入储热体1中。

根据以上实施例的结构特点可知，本申请中的固体储热装置，在要求对外输出的热功率数值一定时，只需要将内塞管的出口高度与储热箱的液位高度制作成与液态传热介质自储液箱、连接储液箱与内塞管的管路及内塞管全部流道过程中所形成的阻力扬程基本相同的对应关系，则流入储热体的液态取热工质的流量即可确定，从而省去流量调节阀等调节部件或装置，进而降低固体取热装置的流量调节成本。

应当理解的是，本实用新型并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本实用新型的范围仅由所附的权利要求来限制。