CN104654858A - 三腔流体蓄热式石油加热传热蓄热*** - Google Patents
三腔流体蓄热式石油加热传热蓄热*** Download PDFInfo
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Abstract
本发明的目的是提供一种三腔流体加热传热蓄热***，所述的蓄热器为至少设置有三个腔室，一个为充热腔体，一个为蓄热腔体，一个为换热腔体，在充热腔体以、蓄热腔体、换热腔室内设置有至少一组进口与出口，在充热腔体与蓄热腔体以及蓄热腔体与换热腔体之间设置有换热器件，将热能进行交换，蓄热腔体内设置有蓄热材料；第一流体从充热腔体进口进入充热腔体，通过设置在充热腔体与蓄热腔体之间的换热器件实现换热，与蓄热材料完成换热后从出口流出；需要利用蓄热器中的热能时，将温度低于蓄热材料的温度的石油从换热腔室的进口流入蓄热器，石油与蓄热材料进行换热后再经换热腔体出口流出，实现热能的利用。
Description
技术领域
本发明涉及热能利用，特别是利用实现热能的蓄热加热利用的***。
背景技术
蓄热器是对热能进行储存的设备，现有的蓄热器为蒸汽型和液体蓄热器；
在工业节能领域，将余热进行回收并储存，通常采用相变技术进行蓄热，在低温领域采用蓄冰技术实现蓄热；
在太阳能领域，采用熔融盐蓄热，虽然熔融盐可以实现高温的储存，但是由于其需要从固态转变为液体，因而需要热能将其加热，同时熔融盐的毒性、经济型、安全性也存在问题，因而熔融盐蓄热的使用受到限制。
在太阳能领域，也采用空气或其他气体进行蓄热，但其热熔小，无法实现大规模的热能存储。
蓄能电站采用电能进行储存，特别是风电及光伏组成的电能，由于其无法实现储存，因而不得不大量的抛弃，造成大量的浪费。如果采用热能进行储存，需要具备大功率的存储能力的储存器。
发明内容
本发明的目的是提供一种三腔流体加热传热蓄热***，将流体由热源进行加热，然后与设置由三个腔体的容器进行换热，容器设置有三个腔体，一个为充热腔体，一个为蓄热腔体，一个为换热腔体，蓄热腔体内设置有蓄热材料，流体由换热腔体进入，为蓄热材料进行换热，实现热能的加热换热蓄热传热。
具体发明内容如下：
三腔流体蓄热式石油加热传热蓄热***，包括蓄热材料，壳体，保温材料，流体等，其特征是：
蓄热器为至少设置有三个腔体，一个为充热腔体，一个为蓄热腔体，一个为换热腔体，在充热腔体以、蓄热腔体、换热腔室内设置有至少一组进口与出口，在充热腔体与蓄热腔体以及蓄热腔体与换热腔体之间设置有换热器件，将热能进行交换，蓄热腔体内设置有蓄热材料；
高温的流体为第一流体，第一流体从充热腔体进口进入充热腔体，通过设置在充热腔体与蓄热腔体之间的换热器件实现换热，与蓄热材料完成换热后从出口流出；
在蓄热腔体内设置有蓄热材料，将热能进行储存；
蓄热器可以在当地蓄热或被移动到需要利用热能的地区；
在采油设备以及石油或者天然气管道的加热站内安装蓄热器，热源可以安装在周围，也可以从远距离的区域通过移动方式进行采集，将高温的热源运输到需要加热的石油站附近，实现对石油的加热；
在石油或天然气管道上设置一个进口与一个出口以及一个出口，在石油或天然气管道的出口与蓄热器的换热腔体进行连接，换热腔体的出口与在石油或天然气管道的进口进行连接，在连接管道上设置有开关阀门，将石油从换热腔室的进口流入蓄热器，石油与蓄热材料进行换热后再经换热腔体出口流出，实现对石油的加热。
石油或天然气管道的开关上设置有温度传感装置，根据传感器的温度可以调整开关的大小，实现对石油的加热温度的控制。
还设置由热源，将第一流体进行加热，热源选择下列一种：
A、太阳能聚焦热采集所提供的能源；太阳能聚焦采集器件采用碟式、槽式、塔式中的一种或多种；
B、太阳能光伏发电以及风力发电所形成的能源；
C、采用传统的煤提供热能；
D、采用生物质能源提供热能。
蓄热材料选择自下列至少一种或多种：熔融盐、液态金属、固体粒块、混凝土、沙石或鹅卵石、钢渣或铁渣、导热水泥、相变材料。
所述的换热器器件，实现充热腔体与蓄热腔体以及蓄热腔体与换热腔体之间进行换热，，换热器件选择下列方式之一进行换热：
A、流体管道换热：在充热腔体与蓄热腔体以及蓄热腔体与换热腔体之间设置有多个管道，为流体换热管道，管道由金属非金属以及复合管道组成，管道的进口与出口与换热腔室内部的进口与的出口相互连通，使得流体可以在管道内流动，流体由泵提供驱动；
B、热管换热：采用重力热管或循环热管，充热腔体与蓄热腔体之间的热管，热管的一部分设置在充热腔体内另一部分设置在蓄热腔体内；蓄热腔体与换热腔体之间的热管，热管的一部分设置在蓄热腔体内另一部分设置在换热腔体内。
所述的流体换热管道选自下列一种或组合：
A、螺旋管；
B、管道的内部或者和外壁设置有换热翅片；
C、弯曲的管道；
D、其直径可以变化的管道；
E、管道的外壁上设置有可以与固体粒块相互连接的凹凸结构；
F、由不同的金属复合而成的管道；
G、管道的内或者外壁上设置有防腐涂层。
流体为下列一种或多种：熔融盐、液体（含水或导热油）、气体（含空气）、液态金属、等离子态、超临界体。
所述的液态金属为下列一种或者多种或其化合物：汞,铯,镓,铷,钾,钠,铟,锂,锡,铋,铊,镉,铅,锌,锑,镁,铝。
多组热源共同与一个中央蓄热器进行连接，将多个采集***采集的热能进行集成应用，实现大规模大功率的应用。
所述的中央蓄热器由一个设置有多个充热腔体、多个换热腔体，一个或多个蓄热腔体的容器组成；每个充热腔体以及换热腔室设置有至少一组进口与出口，多组热源加热的第一流体从多个换热腔体进口进入与蓄热器完成换热后从出口流出，石油分别或者同时进入到中央蓄热器的换热腔体，与蓄热腔体内的蓄热材料完成换热。
采用本发明的技术方案可产生如下的有益效果：
1、 本发明利用设置三个腔室体，完成热源的存储和利用，可以适合于0-1200度温度的蓄热。
2、 本发明可以实现移动蓄热，将蓄热器移动到需要的地方实现热能的采集及利用。
3、 本发明可以应用于太阳能以及太阳能互补的地热、生物质等多能源领域，实现热能的储存和利用。
附图说明
图1是热管三腔流体加热传热蓄热***示意图。
图2是三腔流体加热传热蓄热***示意图。
图3是移动三腔流体加热传热蓄热***示意图。
图中标号含义：
1：蓄热材料进口，2：蓄热材料出口，3：换热腔体进口，4：换热腔体出口，5：热管再生管 6：蓄热材料腔体，7：换热腔体，8：腔室隔板，9：太阳能聚焦采集***，10：蓄热材料，11：充热腔体，12：充热腔体进口，13热源,14；运输车辆，15：加热热管，16：充热腔体出口，17：换热热管，18：流体管道换热管。
具体实施方式
实施例1、热管三腔流体加热传热蓄热***
图1所示一个含有三个腔体的容器，其中一个充热腔体11，设置有流体进出口12、16；换热腔体7，设置有石油进出口3、4；蓄热材料腔体6；设置有进出口1、2；
含有两种热管，第一种为加热热管15，第二种为换热热管17，加热热管15的蒸发端设置在充热腔体11，冷凝端设置在蓄热材料腔体6，并与蓄热材料10进行紧密连接，并与蓄热材料10的换热，换热热管17的蒸发端设置在蓄热材料腔体6内，并与蓄热材料10进行紧密连接，并与蓄热材料10的换热，冷凝端设置在换热腔体7内；
在蓄热材料腔体6内设置有蓄热材料10，蓄热材料10与换热热管或者加热热管进行连接换热，蓄热材料10填充入整个蓄热材料腔体6内；
在充热腔体11以及热管冷凝腔体7上设置以及蓄热腔体6有流体的进出口，在蓄热材料腔体6上设置有进出口，可以将蓄热材料10从腔体内放置或者取出；
在容器的外部有保温材料，保温材料的外部设置有箱体；
加热过程中，将温度高于蓄热材料10的加热流体从热管蒸发腔体的进口12进入容器，经与加热热管换热后从热管蒸发腔体的出口16流出，热能由热管传热到蓄热材料腔体6内并与蓄热材料10进行换热，蓄热材料10的热能被交换到流体中进行蓄热；
蓄热器可以用于在当地蓄热或被移动到需要的地区；
在采油设备以及石油或者天然气管道的加热站内安装蓄热器，热源可以安装在周围，也可以从远距离的区域通过移动方式进行采集，将高温的热源运输到需要加热的石油站附近，实现对石油的加热；
在石油或天然气管道上设置一个进口与一个出口以及一个出口，在石油或天然气管道的出口与蓄热器的换热腔体进行连接，换热腔体的出口与在石油或天然气管道的进口进行连接，在连接管道上设置有开关阀门，将石油从换热腔室的进口流入蓄热器，石油与蓄热材料进行换热后再经换热腔体出口流出，实现对石油的加热。
当需要利用蓄热器中的热能来加热石油时，将温度低于蓄热材料10的石油从换热腔体7的进口3流入，石油与换热热管进行换热后吸收热能经出口4流出，换热热管吸收蓄热材料10的热能与石油进行换热，实现热能的利用。
在热管的蒸发端的液面一下位置上，设置一个与每一个热管相互联通的再生管5，再生管与每一个热管进行连接，当热管工作介质不能满足设定的换热效率时，打开热管再生腔室，从设置的热管再生连接管将热管内的工作介质排出，后将新的工作介质灌装到热管内部，并保持真空度进行密闭，从而实现热管的再生，保证热管的寿命可以达到30年。
本实施例中，蓄热材料10采用硝酸钾70%和硝酸钠30%组成的熔融盐，加热温度为500度，加热流体采用气态空气，由太阳能碟式***采集加热空气到900度的高温空气，换热流体采用水，热管采用高温重力热管，其工作介质采用钾60%与钠40%的混合物。
实施例2、三腔流体加热传热蓄热***
图2所示由三个腔体的容器，含有三个腔体的容器，其中一个充热腔体11，设置有流体进出口12、16；换热腔体7，设置有流体进出口3、4；蓄热材料腔体6；设置有进出口1、2；
充热腔室与蓄热腔室换热采用流体换热管道进行换热，换热管道的一端设置在充热腔室并与充热腔室进口进行连通，另外一部分管道设置在蓄热腔室内，并与蓄热材料10进行紧密连接，并与蓄热材料10的换热，管道的出口部位与充热腔室的出口进行联通，这样流体可以与蓄热材料进行换热。
换热热管17的蒸发端设置在蓄热材料腔体6内，并与蓄热材料10进行紧密连接，并与蓄热材料10的换热，冷凝端设置在换热腔体7内；
在蓄热材料腔体6内设置有蓄热材料10，蓄热材料10与换热热管或者加热热管进行连接换热，蓄热材料10填充入整个蓄热材料腔体6内；
在换热腔体以及充热腔体及蓄热腔体6设置有流体的进出口，在蓄热材料腔体6上设置有进出口，可以将蓄热材料10从流体腔体内放置或者取出；
在容器的外部有保温材料，保温材料的外部设置有箱体；
在采油设备以及石油或者天然气管道的加热站内安装蓄热器，热源可以安装在周围，也可以从远距离的区域通过移动方式进行采集，将高温的热源运输到需要加热的石油站附近，实现对石油的加热；
在石油或天然气管道上设置一个进口与一个出口以及一个出口，在石油或天然气管道的出口与蓄热器的换热腔体进行连接，换热腔体的出口与在石油或天然气管道的进口进行连接，在连接管道上设置有开关阀门，将石油从换热腔室的进口流入蓄热器，石油与蓄热材料进行换热后再经换热腔体出口流出，实现对石油的加热。
加热过程中，热源13采用聚焦太阳能塔式采集***器，加热器件9为太阳能光热转换器，蓄热材料10采用硝酸钾70%和硝酸钠30%组成的熔融盐，将温度高于蓄热材料10的加热流体从充热腔体的进口12进入容器，经与加热热管换热后从充热腔体出口16流出，热能由热管传热到蓄热材料腔体6内并与蓄热材料10进行换热，蓄热材料10的热能被交换到流体中进行蓄热；
蓄热器可以用于在当地蓄热或被移动到需要的地区；
当需要利用蓄热器中的热能时，将温度低于蓄热材料10的石油从换热腔体7的进口3流入，石油与换热热管进行换热后吸收热能经出口4流出，换热热管吸收蓄热材料10的热能与换热流体进行换热，实现热能的利用。
在热管的蒸发端的液面一下位置上，设置一个与每一个热管相互联通的再生管5，再生管与每一个热管进行连接，当热管工作介质不能满足设定的换热效率时，打开热管再生腔室，从设置的热管再生连接管将热管内的工作介质排出，后将新的工作介质灌装到热管内部，并保持真空度进行密闭，从而实现热管的再生，保证热管的寿命可以达到30年。
本实施例中，热源13为生物质是锅炉，加热流体为空气，蓄热温度为500度，换热流体采用水，热管采用高温重力热管，其工作介质采用钾60%与钠40%的混合物。
实施例3、移动三腔流体加热传热蓄热***
图3所示的由三个腔体的容器，三个腔体的容器，含有三个腔体的容器，其中一个充热腔体11，设置有流体进出口12、16；换热腔体7，设置有流体进出口3、4；蓄热材料腔体6；设置有进出口1、2，蓄热器设置在运输车辆上；
充热腔室与蓄热腔室换热采用热管换热，蓄热腔室与换热腔室采用流体换热管18进行换热，换热管道的一端设置在换热腔室并与放腔室进口进行连通，另外一部分管道设置在蓄热腔室内，并与蓄热材料10进行紧密连接，并与蓄热材料10的换热，管道的出口部位与换热腔室的出口进行联通，这样流体可以与蓄热材料进行换热。
换热热管17的蒸发端设置在蓄热材料腔体6内，并与蓄热材料10进行紧密连接，并与蓄热材料10的换热，冷凝端设置在换热腔体7内；
在蓄热材料腔体6内设置有蓄热材料10，蓄热材料10与换热热管或者加热热管进行连接换热，蓄热材料10填充入整个蓄热材料腔体6内；
在换热腔体以及充热腔体及蓄热腔体6设置有流体的进出口，在蓄热材料腔体6上设置有进出口，可以将蓄热材料10从流体腔体内放置或者取出；
在容器的外部有保温材料，保温材料的外部设置有箱体；
在采油设备以及石油或者天然气管道的加热站内安装蓄热器，热源可以安装在周围，也可以从远距离的区域通过移动方式进行采集，将高温的热源运输到需要加热的石油站附近，实现对石油的加热；
在石油或天然气管道上设置一个进口与一个出口以及一个出口，在石油或天然气管道的出口与蓄热器的换热腔体进行连接，换热腔体的出口与在石油或天然气管道的进口进行连接，在连接管道上设置有开关阀门，将石油从换热腔室的进口流入蓄热器，石油与蓄热材料进行换热后再经换热腔体出口流出，实现对石油的加热。
加热过程中，热源13采用太阳能光伏与生物质互补的加热***，加热器件9为电锅炉以及生物质锅炉，蓄热材料10采用混凝土30%和玄武岩石块20%和钢渣50%组成的蓄热材料，将温度高于蓄热材料10的加热流体从充热腔体的进口12进入容器，经与加热热管换热后从充热腔体出口16流出，热能由热管传热到蓄热材料腔体6内并与蓄热材料10进行换热，蓄热材料10的热能被交换到流体中进行蓄热；
蓄热器可以用于在当地蓄热或被移动到需要的地区；
当需要利用蓄热器中的热能时，将温度低于蓄热材料10的石油从换热腔体7的进口3流入，石油与换热热管进行换热后吸收热能经出口4流出，换热热管吸收蓄热材料10的热能与石油换热，实现对石油的加热。
在热管的蒸发端的液面一下位置上，设置一个与每一个热管相互联通的再生管5，再生管与每一个热管进行连接，当热管工作介质不能满足设定的换热效率时，打开热管再生腔室，从设置的热管再生连接管将热管内的工作介质排出，后将新的工作介质灌装到热管内部，并保持真空度进行密闭，从而实现热管的再生，保证热管的寿命可以达到30年。
本实施例中，热源13为太阳能光伏及生物质互补的加热***，加热流体液态金属，蓄热温度为1200度，换热流体采用水，热管采用循环热管，工作温度处于100-800度，在循环热管的底部地位上，设置一个与每一个热管壳体相互联通的再生管5，再生管与每一个热管壳体端进行连接，在热管的工作效率低于第一设定值后，利用再生管将新的工作热管工作介质充入到热管内，实现热管的再生。
根据本发明的原理及结构，可以设计其他的实施案例，只要符合本发明的原理及结构，都属于本发明的实施。
Claims (10)
1.三腔流体蓄热式石油加热传热蓄热***，包括蓄热材料，壳体，保温材料，流体等，其特征是：
蓄热器为至少设置有三个腔体，一个为充热腔体，一个为蓄热腔体，一个为换热腔体，在充热腔体以、蓄热腔体、换热腔室内设置有至少一组进口与出口，在充热腔体与蓄热腔体以及蓄热腔体与换热腔体之间设置有换热器件，将热能进行交换，蓄热腔体内设置有蓄热材料；
高温的流体为第一流体，第一流体从充热腔体进口进入充热腔体，通过设置在充热腔体与蓄热腔体之间的换热器件实现换热，与蓄热材料完成换热后从出口流出；
在蓄热腔体内设置有蓄热材料，将热能进行储存；
蓄热器可以在当地蓄热或被移动到需要利用热能的地区；
在采油设备以及石油或者天然气管道的加热站内安装蓄热器，热源可以安装在周围，也可以从远距离的区域通过移动方式进行采集，将高温的热源运输到需要加热的石油站附近，实现对石油的加热；
在石油或天然气管道上设置一个进口与一个出口以及一个出口，在石油或天然气管道的出口与蓄热器的换热腔体进行连接，换热腔体的出口与在石油或天然气管道的进口进行连接，在连接管道上设置有开关阀门，将石油从换热腔室的进口流入蓄热器，石油与蓄热材料进行换热后再经换热腔体出口流出，实现对石油的加热。
2.根据权利要求1所述的三腔流体蓄热式石油加热传热蓄热***，其特征是：石油或天然气管道的开关上设置有温度传感装置，根据传感器的温度可以调整开关的大小，实现对石油的加热温度的控制。
3.根据权利要求1所述的三腔流体蓄热式石油加热传热蓄热***，其特征是：还设置由热源，将第一流体进行加热，热源选择下列一种：
A、太阳能聚焦热采集所提供的能源；太阳能聚焦采集器件采用碟式、槽式、塔式中的一种或多种；
B、太阳能光伏发电以及风力发电所形成的能源；
C、采用传统的煤提供热能；
D、采用生物质能源提供热能。
4.根据权利要求1所述的三腔流体蓄热式石油加热传热蓄热***，其特征是：蓄热材料选择自下列至少一种或多种：熔融盐、液态金属、固体粒块、混凝土、沙石或鹅卵石、钢渣或铁渣、导热水泥、相变材料。
5.根据权利要求1所述的三腔流体蓄热式石油加热传热蓄热***，其特征是：所述的换热器器件，实现充热腔体与蓄热腔体以及蓄热腔体与换热腔体之间进行换热，，换热器件选择下列方式之一进行换热：
A、流体管道换热：在充热腔体与蓄热腔体以及蓄热腔体与换热腔体之间设置有多个管道，为流体换热管道，管道由金属非金属以及复合管道组成，管道的进口与出口与换热腔室内部的进口与的出口相互连通，使得流体可以在管道内流动，流体由泵提供驱动；
B、热管换热：采用重力热管或循环热管，充热腔体与蓄热腔体之间的热管，热管的一部分设置在充热腔体内另一部分设置在蓄热腔体内；蓄热腔体与换热腔体之间的热管，热管的一部分设置在蓄热腔体内另一部分设置在换热腔体内。
6.根据权利要求4所述的三腔流体蓄热式石油加热传热蓄热***，其特征是：所述的流体换热管道选自下列一种或组合：
A、螺旋管；
B、管道的内部或者和外壁设置有换热翅片；
C、弯曲的管道；
D、其直径可以变化的管道；
E、管道的外壁上设置有可以与固体粒块相互连接的凹凸结构；
F、由不同的金属复合而成的管道；
G、管道的内或者外壁上设置有防腐涂层。
7.根据权利要求1或4所述的三腔流体蓄热式石油加热传热蓄热***，其特征是：流体为下列一种或多种：熔融盐、液体、气体、液态金属、等离子态、超临界体。
8.根据权利要求7所述的三腔流体蓄热式石油加热传热蓄热***，其特征是：所述的液态金属为下列一种或者多种或其化合物：汞,铯,镓,铷,钾,钠,铟,锂,锡,铋,铊,镉,铅,锌,锑,镁,铝。
9.根据权利要求1或2所述的三腔流体蓄热式石油加热传热蓄热***，其特征是：多组热源共同与一个中央蓄热器进行连接，将多个采集***采集的热能进行集成应用，实现大规模大功率的应用。
10.根据权利要求8所述的三腔流体蓄热式石油加热传热蓄热***，其特征是：所述的中央蓄热器由一个设置有多个充热腔体、多个换热腔体，一个或多个蓄热腔体的容器组成；每个充热腔体以及换热腔室设置有至少一组进口与出口，多组热源加热的第一流体从多个换热腔体进口进入与蓄热器完成换热后从出口流出，石油分别或者同时进入到中央蓄热器的换热腔体，与蓄热腔体内的蓄热材料完成换热。
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