一种智能控制换热流速的熔盐换热器的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种智能控制换热流速的熔盐换热器，用于冷盐和热盐之间的换热，所述熔盐换热器至少包括：外壳；分别安装在所述外壳内的两端的第一管板和第二管板；固定在所述第一管板和第二管板之间的换热管，所述换热管包括直管和与所述直管连通的螺旋管；设置在所述外壳顶部的热盐进口、热盐出口、冷盐出口；还有设置在外壳底部的冷盐进口、设置在冷盐进口和冷盐出口之间的若干冷盐通道以及设置在每条冷盐通道的两端的智能控制阀以及设置在所述冷盐通道和换热管上的温度感应装置。本发明的熔盐换热器通过智能控制阀和温度感应装置，可以实现智能控制，很好地匹配热盐与冷盐的换热流速，达到更好的换热效果。
【专利说明】
一种智能控制换热流速的熔盐换热器
技术领域
[0001]本发明涉及熔盐的换热器领域，特别是涉及一种智能控制换热流速的熔盐换热器。
【背景技术】
[0002]当前光热发电领域带有储热功能的太阳能电站以熔盐为储热介质，通过汇聚太阳光照射熔盐吸热器，使熔盐温度上升，再将熔盐导入储热罐中储存热量，通过换热器将熔盐中的热量转换成朗肯循环工质的热量，一般采用水作为朗肯循环的工质，液态水在换热器中吸收热量变成过热蒸汽推动汽轮机发电。熔盐在换热器及其中间换热管流动，最为重要的一点就是防止熔盐温度过低，发生冻堵，以二元盐硝酸钠硝酸钾为例，其熔点为207°C，完全熔化温度238°C，当熔盐低于238°C就会出现固态晶体，低于300°C随温度降低粘度急剧增加，故而，较低温度的熔盐需要进行升温才能在太阳能发电系统的循环使用中避免堵塞，但一般换热器冷盐与热盐之间换热流速往往不能很好地匹配，达不到预期的换热效果。
【发明内容】
[0003]鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种智能控制换热流速的熔盐换热器，以解决冷盐与热盐之间换热流速往往不能很好地匹配的问题，提高管壳式换热器的换热效果。
[0004]为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种智能控制换热流速的熔盐换热器，用于冷盐和热盐之间的换热，所述熔盐换热器至少包括:
[0005]外壳，至少包括顶部、底部以及两端的第一封头、第二封头；
[0006]第一管板和第二管板，分别安装在所述外壳内的两端；
[0007]换热管，固定在所述第一管板和第二管板之间，所述换热管包括直管和与所述直管连通的螺旋管；
[0008]热盐进口，设置在所述第一管板和第一封头之间的外壳顶部；
[0009]热盐出口，设置在所述第二管板和第二封头之间的外壳顶部；
[0010]冷盐进口，设置在第一管板和第二管板之间的外壳底部；
[0011]冷盐出口，设置在第一管板和第二管板之间的外壳顶部；
[0012]若干冷盐通道，设置在所述冷盐进口和冷盐出口之间，并沿所述换热管的周向均布；
[0013]智能控制阀，设置在每一条冷盐通道的两端；
[0014]温度感应装置，设置在所述冷盐通道和换热管上，所述温度感应装置和所述智能控制阀电连。
[0015]作为本发明智能控制换热流速的熔盐换热器的一种优化的方案，所述冷盐通道与换热管之间还设置导热层。
[0016]作为本发明智能控制换热流速的熔盐换热器的一种优化的方案，所述导热层为混凝土或导热沙。
[0017]作为本发明智能控制换热流速的熔盐换热器的一种优化的方案，所述外壳至少包括两层。
[0018]作为本发明智能控制换热流速的熔盐换热器的一种优化的方案，所述外壳包括内层和外层，所述内层和外层之间为真空层。
[0019]作为本发明智能控制换热流速的熔盐换热器的一种优化的方案，从所述外壳到内依次设置固定层和保温层或依次设置保温层和固定层，所述固定层的材质为铁、铝或铁铝合金，所述保温层为二氧化硅或硅酸铝棉。
[0020]作为本发明智能控制换热流速的熔盐换热器的一种优化的方案，所述冷盐通道的材质为哈氏N合金
[0021]作为本发明智能控制换热流速的熔盐换热器的一种优化的方案，所述换热管的材质为哈氏N合金。
[0022]作为本发明智能控制换热流速的熔盐换热器的一种优化的方案，所述的直管和螺旋管的外管壁上均设有独立支架。
[0023]作为本发明智能控制换热流速的熔盐换热器的一种优化的方案，所述的独立支架均固定在支撑模架上，支撑模架的下方设有模架底座
[0024]如上所述，本发明的智能控制换热流速的熔盐换热器，具有以下有益效果:
[0025]1、通过设置智能控制阀和温度感应装置，实现智能控制，很好地匹配了热盐与冷盐的换热流速，解决了冷盐与热盐之间换热流速往往不能很好地匹配的问题，达到了预期的换热效果；
[0026]2、解决了热盐对换热管道的造成热膨胀的问题，提高了管壳式换热器的使用寿命;
[0027]3、提高冷盐的温度，避免熔盐堵塞太阳能发电系统的各个管道，保证熔盐在太阳能发电系统中的循环流畅，避免疏通太阳能发电系统的各个管道的工作，提高了工作效率；
[0028]4、利用热盐的显热，避免外界能源输入，环保节能，实现了能源的充分利用；
[0029]5、设置保温层或真空层，避免环境与冷盐换热，减少了显热损失，提高了显热利用率。
【附图说明】
[0030]图1为本发明智能控制换热流速的熔盐换热器的结构示意图。
[0031]元件标号说明
[0032]I 外壳
[0033]11 顶部
[0034]12 底部
[0035]13第一封头
[0036]14第二封头
[0037]2 第一管板
[0038]3 第二管板
[0039]41 直管
[0040]42螺旋管
[0041 ]5热盐进口
[0042]6热盐出口
[0043]7冷盐进口
[0044]8冷盐出口
[0045]91环形折流板
[0046]92盘形折流板
【具体实施方式】
[0047]以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的【具体实施方式】加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0048]请参阅附图。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
[0049]如图1所示，本发明提供一种智能控制换热流速的熔盐换热器，所述管壳式换热器至少包括:外壳1、第一管板2、第二管板3、换热管、热盐进口 5、热盐出口 6、冷盐进口 7、冷盐出口 8、冷盐通道、智能控制阀以及温度感应装置。
[0050]所述外壳I包括外壳顶部11、外壳底部12以及两端的第一封头13和第二封头14。
[0051]所述外壳I的材质优选为哈氏N合金。由于熔盐对普通材料具有腐蚀性，而哈氏N合金具有较好的耐腐蚀性，因此采用哈氏N合金，可以提高外壳I的使用寿命。
[0052]作为优选的结构，所述外壳至少包括为两层。本实施例中，所述外壳包括内层和外层两层，所述内层和外层之间为真空层。通过设置所述真空层，减少了冷盐与空气的换热，避免显热浪费。
[0053]所述第一管板2和第二管板3分别安装在所述外壳I内的两端，其中，第一管板2靠近第一封头13，第二管板3靠近第二封头14。如图1所示，所述第一管板2和第二管板3平行的设置在外壳I内，并且与所述外壳I的顶部11和底部12垂直。
[0054]进一步地，从所述外壳到内还依次设置有固定层和保温层或依次设置保温层和固定层(未予以图示)，所述固定层的材质为铁、铝或铁铝合金，所述保温层为二氧化硅或硅酸铝棉。通过设置所述保温层，可以进一步减少冷盐与空气的换热，避免显热浪费。同时相较于真空层，其造价更为低廉，也更容易实现，实用性更强。
[0055]所述换热管固定在所述第一管板2和第二管板3之间。具体地，所述换热管的一端固定在第一管板2上、另一端固定在第二管板3上。
[°°56]所述换热管包括直管41和与所述直管41连通的螺旋管42。需要说明的是，直管41可以是固定在第一管板2上，螺旋管42固定在第二管板3上；也可以是直管41固定在第二管板3上，螺旋管42固定在第一管板2上，固定方式在此不做限制。
[0057]所述换热管的材质为哈氏N合金。由于熔盐对普通材料具有腐蚀性，而哈氏N合金具有较好的耐腐蚀性，因此采用哈氏N合金，可以提高换热管的使用寿命。
[°°58]通过将换热管的一端设置为螺旋管42，可以避免因恪盐温度高对换热管造成热膨胀的问题，进而防止管板由于膨胀压力引起移动，提高了管壳式换热器的使用寿命；同时，通过设置的螺旋管42，可以增大换热面积，从而大幅度提高换热效果，对能源利用较为充分，在换热领域产生了较为积极的效果。
[0059]另外，如图1所示，所述外壳I中还固定有折流板，所述折流板上设有开孔(未予以图示)，所述换热管穿过所述开孔。所述开孔的形状与换热管管道的截面形状一致。一方面，通过设置所述折流板可以对换热管起到支撑作用，另一方面，所述折流板还可以对熔盐起到一定的阻挡作用，进一步提高换热管的换热效果。
[0060]作为优选的方案，所述折流板包括环形折流板91和/或盘形折流板92。本实施例中，所述折流板包括环形折流板91和盘形折流板92。所述环形折流板91和盘形折流板92可以间隔排列，并且相邻的环形折流板91和盘形折流板92之间等距。
[0061]所述热盐进口5设置在所述第一管板2和第一封头13之间的外壳顶部11上;热盐出口 6设置在所述第二管板3和第二封头14之间的外壳顶部11上;冷盐进口 7设置在第一管板2和第二管板3之间的外壳底部12上;冷盐出口 8设置在第一管板2和第二管板3之间的外壳顶部11。
[0062]所述换热器还包括若干冷盐通道(未予以图示)，所述冷盐通道设置在所述冷盐进口 7和冷盐出口 8之间，并沿所述换热管的周向均布。
[0063]所述冷盐通道层的材质为哈氏N合金。这种冷盐通道层有较好的耐腐蚀性，提高使用寿命。
[0064]另外，在所述冷盐通道与换热管之间还设置导热层(未予以图示)。通过导热层，提高热盐和冷盐之间的换热效率。优选地，所述导热层由混凝土或导热沙组成，其换热效率更高，当然，所述导热层也可以是其他合适的导热材料。
[0065]为解决现有技术中存在技术问题，在每一条冷盐通道的两端设置智能控制阀(未予以图示)，用于控制相应冷盐通道中冷盐的流通或断开。
[0066]所述冷盐通道和换热管上则分别安装上温度感应装置(未予以图示)，所述温度感应装置和所述智能控制阀电连。
[0067]所述温度感应装置可以分别测出冷盐通道中冷盐与换热管中热盐的温度，并判断其温差。根据热力学理论，温差越大，传温越快;反之温差越小，传温越慢。而整个换热过程流量一定，增加管道面积即可减缓流速。所以，如果利用温度感应装置检测到冷盐与热盐之间的温差小于某值时，所述温度感应装置可以控制相应数量的冷盐通道两端的智能控制阀开启，增加管道面积，减缓冷盐的流速，实现更高效率的换热。
[0068]换热器进行换热的原理大致如下:熔盐通过吸收太阳能形成温度较高的热盐，该热盐从所述热盐进口 5进入，再进入换热管进行换热，换热之后形成温度较低的热盐，从所述热盐出口 6出来。而温度较低的冷盐则从外壳底部的冷盐进口 7进入，经过冷盐通道层，与换热管内的热盐进行换热，换热之后从外壳顶部的冷盐出口8处出来，成为温度较高的冷盐。本发明采用冷盐和热盐逆流的方式换热，极大地利用了热盐的显热，保证冷盐顺利回至冷盐出口处的太阳能吸收处吸热，吸热后的冷盐成为热盐可以进行循环利用。
[0069]作为优选的方案，所述的直管41和螺旋管42的外管壁均设有独立支架(未予以图示)，独立支架用于保证换热管相互间的距离，不致塌陷挤压。所述的独立支架均固定在支撑模架(未予以图示)上，支撑模架的下方设有模架底座(未予以图示)。
[0070]综上所述，本发明提供一种智能控制换热流速的熔盐换热器，用于冷盐和热盐之间的换热，所述熔盐换热器至少包括:外壳;分别安装在所述外壳内的两端的第一管板和第二管板；固定在所述第一管板和第二管板之间的换热管，所述换热管包括直管和与所述直管连通的螺旋管;还有设置在所述外壳顶部的热盐进口、热盐出口、冷盐出口；设置在外壳底部的冷盐进口 ；设置在冷盐进口和冷盐出口之间的若干冷盐通道;设置在每条冷盐通道的两端的智能控制阀以及设置在所述冷盐通道和换热管上的温度感应装置。本发明通过智能控制阀和温度感应装置，可以实现智能控制，很好地匹配热盐与冷盐的换热流速，达到更好的换热效果。
[0071]所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0072]上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
【主权项】
1.一种智能控制换热流速的熔盐换热器，用于冷盐和热盐之间的换热，其特征在于，所述熔盐换热器至少包括: 外壳，至少包括顶部、底部以及两端的第一封头、第二封头； 第一管板和第二管板，分别安装在所述外壳内的两端； 换热管，固定在所述第一管板和第二管板之间，所述换热管包括直管和与所述直管连通的螺旋管； 热盐进口，设置在所述第一管板和第一封头之间的外壳顶部； 热盐出口，设置在所述第二管板和第二封头之间的外壳顶部； 冷盐进口，设置在第一管板和第二管板之间的外壳底部； 冷盐出口，设置在第一管板和第二管板之间的外壳顶部； 若干冷盐通道，设置在所述冷盐进口和冷盐出口之间，并沿所述换热管的周向均布； 智能控制阀，设置在每一条冷盐通道的两端； 温度感应装置，设置在所述冷盐通道和换热管上，所述温度感应装置和所述智能控制阀电连。2.根据权利要求1所述的智能控制换热流速的熔盐换热器，其特征在于:所述冷盐通道与换热管之间还设置导热层。3.根据权利要求2所述的智能控制换热流速的熔盐换热器，其特征在于:所述导热层为混凝土或导热沙。4.根据权利要求1所述的智能控制换热流速的熔盐换热器，其特征在于:所述外壳至少包括为两层。5.根据权利要求4所述的智能控制换热流速的熔盐换热器，其特征在于:所述外壳包括内层和外层，所述内层和外层之间为真空层。6.根据权利要求1或4所述的智能控制换热流速的熔盐换热器，其特征在于:从所述外壳到内依次设置固定层和保温层或依次设置保温层和固定层，所述固定层的材质为铁、铝或铁铝合金，所述保温层为二氧化硅或硅酸铝棉。7.根据权利要求1所述的智能控制换热流速的熔盐换热器，其特征在于:所述冷盐通道的材质为哈氏N合金。8.根据权利要求1所述的智能控制换热流速的熔盐换热器，其特征在于:所述换热管的材质为哈氏N合金。9.根据权利要求1所述的智能控制换热流速的熔盐换热器，其特征在于:所述的直管和螺旋管的外管壁上均设有独立支架。10.根据权利要求9所述的智能控制换热流速的熔盐换热器，其特征在于:所述的独立支架均固定在支撑模架上，支撑模架的下方设有模架底座。
【文档编号】F28D7/02GK105841522SQ201610206158
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年4月5日
【发明人】李绍龙, 孔巧玲, 黄伟光
【申请人】中国科学院上海高等研究院