一种利用高温蒸汽转移固体储能体内热量的装置.pdf

本发明公开了一种利用高温蒸汽转移固体储能体内热量的装置，将纯水箱中的水注入高温蒸汽发生器中的加热管内部，在高温状态下进行热交换，将液体水热交换成高温蒸汽进入高温蒸汽室后进入饱和蒸汽发生器，高温蒸汽与饱和蒸汽发生器内的液体水充分混合将液体水加热到所需温度。当温度高于100℃时，则产生不同压力的饱和蒸汽。该装置充分利用了水汽化潜热大和蒸汽流动性好的特点，即使水在储热体内部进行汽化，将储热体内部热量变成蒸汽潜热，将蒸汽导出再加热水。这样不仅解决了热量转移速度慢的问题，可以大幅提高储热体的储热温度到1000℃左右，增加单位体积储热量。

权利要求书
1.  一种利用高温蒸汽转移固体储能体内热量的装置，其特征在于：包括盛装有液体水的纯水箱(11)、将液体水加热变为高温蒸汽的高温蒸汽发生器(20)、储热装置(19)和饱和蒸汽发生器(5)，所述高温蒸汽发生器(20)位于储热装置(19)顶部与储热装置(19)相连通，所述纯水箱(11)与高温蒸汽发生器(20)相连接，所述高温蒸汽发生器(20)与饱和蒸汽发生器(5)相连接，所述饱和蒸汽发生器(5)的加水口与纯水箱(11)相连通；所述高温蒸汽发生器(20)包括高温蒸汽室(4.3)；
工作状态下：将纯水箱(11)中的液体水导入高温蒸汽发生器(20)再进入高温状态下的储热装置(19)进行加热，生成的高温蒸汽进入高温蒸汽室(4.3)，当高温蒸汽室(4.3)中的压力大于饱和蒸汽发生器(5)中的压力时，高温蒸汽进入饱和蒸汽发生器(5)与饱和蒸汽发生器(5)中的液体水混合进行热交换。

2.  根据权利要求1所述的一种利用高温蒸汽转移固体储能体内热量的装置，其特征还在于：所述纯水箱(11)与高温蒸汽发生器(20)的连接管路上依次设置有水泵(8)和压力调节阀(7)，
所述高温蒸汽发生器(20)还包括高温蒸汽用水管(6)，多个顶端开口底端封闭式加热管(4.1)，高温蒸汽导出管(4.4)和高温蒸汽逆止阀(4.5)，所述高温蒸汽逆止阀(4.5)设置在高温蒸汽导出管(4.4)内部；所述加热管(4.1)开口端设置在高温蒸汽室(4.3)内另一封闭端设置在储热装置(19)内，所述高温蒸汽用水管(6)一端设置在高温蒸汽发生器(20)内、出口对准加热管(4.1)的开口，高温蒸汽用水管(6)的另一端设置在高温蒸汽发生器(20)外与压力调节阀(7)的一端相连接，所述压力调节阀(7)的另一端与水泵(8)相连接，所述水泵(8)与纯水箱(11)相连接，所述高温蒸汽发生器(20)的输出端与高温蒸汽导出管(4.4)相连接。

3.  根据权利要求1所述的一种利用高温蒸汽转移固体储能体内热量的装置，其特征还在于：所述储热装置(19)内填充有固体储热材料(1)和对固体储热材料(1)进行加热的加热丝(2)，所述加热管(4.1)垂直向下插入到固体储热 材料(1)的缝隙中，所述加热管(4.1)的底端与储热装置(19)的底部设有一定距离。

4.  根据权利要求1或2所述的一种利用高温蒸汽转移固体储能体内热量的装置，其特征还在于：所述饱和蒸汽发生器(5)的底部设置有高温蒸汽分布器(4.6)，所述高温蒸汽分布器(4.6)的上表面设置有孔，在高温蒸汽分布器(4.6)的上方放置有填料(5.2)，所述高温蒸汽发生器(20)通过高温蒸汽导出管(4.4)与高温蒸汽分布器(4.6)相连通。

5.  根据权利要求1所述的一种利用高温蒸汽转移固体储能体内热量的装置，其特征还在于：所述饱和蒸汽发生器(5)的顶端连接有补水口(4.7)、安全阀(12)、蒸汽输出阀(13)、人孔(14)、压力变送器(15)和排水阀(16)。

6.  根据权利要求1所述的一种利用高温蒸汽转移固体储能体内热量的装置，其特征还在于：所述纯水箱(11)与饱和蒸汽发生器(5)的连接管路上依次设置有补水泵(10)和控制器(9)，所述控制器(9)与补水口(4.7)相连通。

7.  根据权利要求1所述的一种利用高温蒸汽转移固体储能体内热量的装置，其特征还在于：所述储热装置(19)的外侧壁上设置有保温层(3)，所述高温蒸汽室(4.3)的底部与储热装置(19)通过保温层(3)隔开。

说明书一种利用高温蒸汽转移固体储能体内热量的装置
技术领域
本发明涉及电力能源控制领域，尤其涉及一种利用高温蒸汽转移固体储能体内热量的装置。
背景技术
电按照使用的时间分为峰电，平电和谷电。为了平衡电网，移峰填谷，鼓励使用谷电，所以谷电的价格比正常电价低很多。目前，利用固体储热方式储存和使用低谷电的技术已很成熟。该技术的工艺过程是，将加热丝通电放出的热量加热固体储热材料如耐火砖，加热温度达到400—500℃，将热量储存在固体储热材料中。在用热时用风机将空气送入固体储热材料之间的通道中，空气被加热后导入换热器进行换热，热量被换出来使用，被冷却的空气重新送入固体储热材料之间的通道中进行加热，循环往复。可以看出，该技术是以空气为导热介质将固体储热材料中的热量转移出来使用，见图1。
用空气作为导热介质存在着技术缺陷，其一是储热体的单位体积储热量较低。由于导热介质热空气循环需要风机为动力并且需要做密封的管道，如果储热温度过高，热风温度就高，过高时就会影响风机的正常运行。另外热风管道都是普通铁板，温度过高会导致其强度下降，变形，同时加速其氧化破坏。所以最高储热温度不能过高，只能在400---500℃。另外储热体内要预留风道，增大储热体内部的空置空间，从而导致储热体的单位体积储热量较低。其二是热量转移速度慢。由于空气单位体积的热容很小，而由于风机和换热器的制约，热风的循环速度即单位时间最大导热量受到限制，所以热量转移速度较慢。
发明内容
本发明解决了现有技术中采用空气为导热介质时储热量低、热量转移速度慢的问题从而公开了一种利用高温蒸汽转移固体储能体内热量的装置，具体方案是：包括盛装有液体水的纯水箱、将液体水加热变为高温蒸汽的高温蒸汽发生器、储热装置和饱和蒸汽发生器，所述高温蒸汽发生器位于储热装置顶部与储热装置相连通，所述纯水箱与高温蒸汽发生器相连接，所述高温蒸汽发生器与饱和蒸汽发生器相连接，所述饱和蒸汽发生器的加水口与纯水箱相连通；所述高温蒸汽发生器包括高温蒸汽室；
工作状态下：将纯水箱中的液体水导入高温蒸汽发生器再进入高温状态下的储热装置进行加热，生成的高温蒸汽进入高温蒸汽室，当高温蒸汽室中的压力大于饱和蒸汽发生器中的压力时，高温蒸汽进入饱和蒸汽发生器与饱和蒸汽发生器中的液体水混合进行热交换。
所述纯水箱与高温蒸汽发生器的连接管路上依次设置有水泵和压力调节阀，
所述高温蒸汽发生器还包括高温蒸汽用水管，多个顶端开口底端封闭式加热管，高温蒸汽导出管和高温蒸汽逆止阀，所述高温蒸汽逆止阀设置在高温蒸汽导出管内部；所述加热管开口端设置在高温蒸汽室内另一封闭端设置在储热装置内，所述高温蒸汽用水管一端设置在高温蒸汽发生器内、出口对准加热管的开口，高温蒸汽用水管的另一端设置在高温蒸汽发生器外与压力调节阀的一端相连接，所述压力调节阀的另一端与水泵相连接，所述水泵与纯水箱相连接，所述高温蒸汽发生器的输出端与高温蒸汽导出管相连接。
所述储热装置内填充有固体储热材料和对固体储热材料进行加热的加热丝，所述加热管垂直向下插入到固体储热材料的缝隙中，所述加热管的底端与储热装置的底部设有一定距离。
所述饱和蒸汽发生器的底部设置有高温蒸汽分布器，所述高温蒸汽分布器的上表面设置有孔，在高温蒸汽分布器的上方放置有填料，所述高温蒸汽发生器通过高温蒸汽导出管与高温蒸汽分布器相连通。
所述饱和蒸汽发生器的顶端连接有补水口、安全阀、蒸汽输出阀、人孔、压力变送器和排水阀。
所述纯水箱与饱和蒸汽发生器的连接管路上依次设置有补水泵和控制器，所述控制器与补水口相连通。
所述储热装置的外侧壁上设置有保温层，所述高温蒸汽室的底部与储热装置通过保温层隔开。
由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种利用高温蒸汽转移固体储能体内热量的装置，将纯水箱中的水注入高温蒸汽发生器中的加热管内部，在高温状态下进行热交换，将液体水热交换成高温蒸汽进入高温蒸汽室后进入饱和蒸汽发生器，高温蒸汽与饱和蒸汽发生器内的液体水充分混合将液体水加热到所需温度。当温度高于100℃时，则产生不同压力的饱和蒸汽。该装置充分利用了水汽化潜热大和蒸汽流动性好的特点，即使水在储热体内部进行汽化，将储 热体内部热量变成蒸汽潜热，将蒸汽导出再加热水。热量只是在水的气相和液相间转换，就可以将热量从储热体内快速转移出来，而不借助其他介质。这样不仅解决了热量转移速度慢的问题，同时，由于该装置接触高温部件只有加热管，加热管使用量很少，可以采用耐高温材料，所以可以大幅提高储热体的储热温度到1000℃左右，增加单位体积储热量。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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申请中记载的一些实施例，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为背景技术的示意图；
图2为本发明的原理图；
图3为本发明中利用高温蒸汽转移固体储能体内热量的装置的结构示意图；
图4为本发明高温蒸汽发生器结构示意图。
图中：1、固体储热材料，2、加热丝，3、保温层，4.1、加热管，4.3、高温蒸汽室，4.4、高温蒸汽导出管，4.5高温蒸汽逆止阀，4.6、高温蒸汽分布器，4.7、补水口，5、饱和蒸汽发生器，5.2、填料，6、高温蒸汽用水管，7、压力调节阀，8、水泵，9、控制器，10、补水泵，11、纯水箱，12、安全阀，13、蒸汽输出阀，14、人孔，15、压力变送器，16、排水阀，19、储热装置，20、高温蒸汽发生器。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：
如图2-4所示的一种利用高温蒸汽转移固体储能体内热量的装置，包括纯水箱11、高温蒸汽发生器20、储热装置19和饱和蒸汽发生器5。高温蒸汽发生器20位于储热装置19顶部与储热装置19相连通，纯水箱11与高温蒸汽发生器20相连接，所述高温蒸汽发生器20与饱和蒸汽发生器5相连接，所述饱和蒸汽发生器5的加水口与纯水箱11相连通；所述高温蒸汽发生器20包括高温蒸汽室4.3。
工作状态下：将纯水箱11中的液体水导入高温蒸汽发生器20，高温蒸汽用水管6中的液体水进入预埋在高温状态下的储热装置19中的加热管4.1进行加 热，生成的高温蒸汽进入高温蒸汽室4.3，当高温蒸汽室4.3中的压力大于饱和蒸汽发生器5中的压力时，高温蒸汽进入饱和蒸汽发生器5，与饱和蒸汽发生器5中的液体水混合，使该液体水温度升高到所需温度后进行使用。当液体水温度高于100℃时，输出的是不同压力的饱和蒸汽
高温蒸汽分布器4.6作用是使高温蒸汽通过其上面的小孔均匀进入饱和蒸汽发生器5内部，能与饱和蒸汽发生器5内部水充分接触和混合。填料5.2作用是使高温蒸汽和饱和蒸汽发生器5内部的水增大接触面积，增长接触时间。
高温蒸汽发生器20如图4所示，包括高温蒸汽用水管6、加热管4.1、高温蒸汽室4.3、高温蒸汽导出管4.4和高温蒸汽逆止阀，所述加热管4.1一端封闭，一端开口，加热管4.1开口一端设置在高温蒸汽室4.3内，另一封闭端在高温蒸汽室4.3外面储热装置19内，所述高温蒸汽用水管6一端设置在高温蒸汽发生器20内，出口对准加热管4.1的开口，高温蒸汽用水管6另一端设置在高温蒸汽发生器20外面与压力调节阀7的一端相连接，压力调节阀7的另一端与水泵8相连接，所述水泵8与纯水箱11相连接。所述高温蒸汽导出管4.4与高温蒸汽发生器20连接。高温蒸汽导出管4.4中间内部设置高温蒸汽逆止阀4.5。
进一步的，储热装置19内填充有固体储热材料1和对固体储热材料1进行加热的加热丝2。所述加热管4.1垂直向下插入到固体储热材料1的缝隙中，所述加热管4.1的底端与储热装置19的底部设有一定距离，即加热管4.1在储热装置19内与储热装置19的底部非接触设置。
进一步的，饱和蒸汽发生器5的底部设置有高温蒸汽分布器4.6，高温蒸汽分布器4.6的上表面设置有孔，在高温蒸汽分布器4.6的上方放置有填料5.2，所述高温蒸汽发生器20通过高温蒸汽导出管4.4与高温蒸汽分布器4.6相连通。
进一步的，饱和蒸汽发生器5的顶端连接有补水口4.7、安全阀12、蒸汽输出阀13、人孔14、压力变送器15和排水阀16。压力变送器15产生压力电信号，直接反馈控制调节阀7进水流量，自动控制输出固定压力饱和蒸汽。安全阀12作用是当饱和蒸汽发生器5内部超过预设压力时自动排气，保证系统安全运行。人孔14是设备维修时供维修人员进出的通道。排水阀16是在饱和蒸汽发生器5内部水质由于蒸发浓缩，杂质超标不合格时，或饱和蒸汽发生器5检修时排空内部水时使用。
进一步的，纯水箱11与饱和蒸汽发生器5的连接管路上依次设置有补水泵10和控制器9，即纯水箱11与补水泵10相连接，补水泵10与控制器9相连接， 控制器9再与饱和蒸汽发生器5通过补水口4.7相连接。
储热装置19的外侧壁上设置有保温层3，高温蒸汽室4.3的底部与储热装置19通过保温层3隔开。保温层3对储热装置19具有保温作用。
进一步的，加热管4.1与高温蒸汽发生器20接触部位焊接密封。高温蒸汽用水管6与高温蒸汽发生器20接触部位焊接密封。高温蒸汽发生器20与高温蒸汽导出管4.4接触部位焊接密封。高温蒸汽导出管4.4与饱和蒸汽发生器5接触部位焊接密封。补水口4.7与饱和蒸汽发生器5接触部位焊接密封。
实施例：在谷电时间接通电源，电流流过加热丝2，加热丝2放出热量将固体储热材料1加热至100----1000℃，完成储热过程。在纯水箱11充满纯水的情况下，开启补水泵10和控制器9，将纯水注入饱和蒸汽发生器5中，控制液面高于填料5.2，低于饱和蒸汽发生器5高度的二分之一。然后开启高温蒸汽用水给水泵8，由流量调节阀7调节水流量，水流经高温蒸汽用水管6，进入高温蒸汽发生器20内部的加热管4.1中。由于高温的固体储热材料1以热辐射和热传导等方式将热量传导给加热管4.1，加热管4.1温度接近固体储热材料1的温度，所以进入加热管4.1的水被加热汽化形成高温蒸汽，高温蒸汽从加热管4.1上口溢出，进入高温蒸汽室4.3，当高温蒸汽室4.3的压力高于饱和蒸汽发生器5中的压力时，高温蒸汽经过高温蒸汽导出管4.4和高温蒸汽逆止阀4.5进入高温蒸汽分布器4.6中，高温蒸汽通过高温蒸汽分布器4.6顶部的细孔溢出，进入填料5.2中，使高温蒸汽和饱和蒸汽发生器5中的水充分混合和热交换，饱和蒸汽发生器5中的水被均匀加热。在用户需要热水时，饱和蒸汽发生器5中的水被加热到所需的温度，通过换热器或将热水直接送给用户。当用户需要蒸汽时，将饱和蒸汽发生器5中的水加热超过100℃，饱和蒸汽发生器5内则产生饱和蒸汽。当饱和蒸汽发生器5内压力上升到所需的压力或饱和蒸汽发生器5中热水达到所需温度时，例如，当温度达到133℃时，蒸汽压力0.3MPa，当温度达到180℃时，蒸汽压力1.0MPa.详见饱和蒸汽温度与压力对照表。打开蒸汽输出阀13开始为用户供应蒸汽。热水或饱和蒸汽的供应量由调节阀7进行调节。即进入高温蒸汽发生器20的水流量越大，则生成高温蒸汽的量越多，带入饱和蒸汽发生器5的热量就越多，产生的热水或饱和蒸汽就越多。正常工作状态下，压力变送器15产生压力电信号，直接反馈控制调节阀7进水流量，自动控制输出固定压力饱和蒸汽。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。