一种温度浓度梯度螺旋折流板储罐和应用

摘要

本发明公开了一种温度浓度梯度螺旋折流板储罐和应用，主要包括：罐体，设置于罐体内的一块以上的螺旋折流板，设置于罐体外壁上的进出口管组及仪表接口组。其中，所述螺旋折流板分为一个扇形区和两个三角区，扇形区是以罐体内径、倾斜角和螺旋折流板分数所确定的关于短轴对称的椭圆的一个扇形，三角区从扇形区的两条直边向不同方向折弯，每块三角区的形状刚好可以封堵相邻两块螺旋折流板的扇形区之间形成的三角形缺口的一半；相邻的螺旋折流板在三角区首尾相接并点焊固定，在外缘处形成一条拟螺旋线，与罐体的内壁贴合并间断点焊固定。本发明在有效利用储罐空间的基础上，实现了温度梯度浓度的稳定分布与蓄能功能，降低成本，节能减排。

说明书

技术领域

本发明属于蓄能储罐技术领域，具体涉及一种温度浓度梯度螺旋折流板储罐和应用。

背景技术

太阳能高温发电涉及到接受太阳能的时段与用电时段的不一致，所以需要机组具有蓄能的功能。传统的方案需要采用至少高温和低温2个盐溶液储罐。近年来核电调峰机组的研发提上日程，如果仍然采用传统对置换出的硼酸溶液进行蒸发分离处理的方法，则经济性将大大降低，而双储罐方案显然存在体积庞大的缺点。吸收式制冷机溶液储能也是利用太阳能预处理溶液，再错时使用的方案，同样涉及双储罐方案体积庞大的问题。相反的，在水蓄冷等场合，温度梯度储罐亦是影响储能用能效果的关键。此外卡林纳循环采用变浓度调节透平功率可以避免透平进口调节阀门的节流损失，其关键技术亦是如何高效的对浓度进行调节，需要具有浓度梯度的储罐。

然而目前关于低成本和高效能的温度浓度梯度储罐尚未有报道。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种温度浓度梯度螺旋折流板储罐和应用，通过对储罐进行简单的分层设计，在有效利用储罐空间的基础上，高效的实现温度梯度浓度的稳定分布与蓄能功能，降低现有技术经济成本，节能减排。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种温度浓度梯度螺旋折流板储罐，包括罐体、一块以上的在罐体内竖直方向错位均匀分布、且边缘闭合的螺旋折流板、进出口管组及仪表接口组；其中，

所述罐体包括圆柱状的筒体、上封头和下封头；所述上封头、下封头分别与所述筒体的上下端面焊接连接成一体；

所述螺旋折流板分为一个扇形区和两个三角区，其中扇形区是以筒体内径、倾斜角和螺旋折流板分数所确定的关于短轴对称的椭圆的一个扇形，所述三角区从所述扇形区的两条直边向不同方向折弯，每块三角区的形状刚好可以封堵相邻两块螺旋折流板的扇形区之间形成的三角形缺口的一半；相邻的螺旋折流板在三角区首尾相接并点焊固定，在外缘处形成一条拟螺旋线，与所述筒体的内壁贴合并间断点焊固定；

所述进出口管组包括流体进出口管、放气口和排污口；所述流体进出口管设置于所述筒体的上下两端的外壁上；所述放气口设置于所述上封头的顶部，所述排污口设置于所述下封头的底部；

所述仪表接口组包括设置于筒体外壁上的传感器接口，用于连接相关仪表或传感器。

优选地，所述上封头为椭圆半球封头；所述下封头为椭圆半球封头或平板封头。

优选地，所述进出口管组根据系统流程的需要确定流体进出口管、放气口和排污口的数量。

优选地，所述仪表或传感器包括液位传感器、温度传感器、压力传感器。

一种温度浓度梯度螺旋折流板储罐作为温度梯度储罐或浓度梯度储罐的应用：所述罐体为立式布置，当用于温度梯度储罐时，高温端在上方，低温端在下方；当用于浓度梯度储罐时，密度小的在上方，密度大的在下方。

优选地，当用于温度梯度储罐时，其运行工艺包括以下步骤：

(1)高温流体从罐体上方自流体进出口管流入或流出储罐，低温流体从罐体下方自流体进出口管流出或流入储罐；

(2)蓄热功能：当用电波谷或者太阳能能源丰富的工况下，可以将系统产生的高温流体从罐体上方自流体进出口管通入储罐中，从罐体下方自流体进出口管排出低温流体，通过不断循环置换，提升温差储罐内流体的平均温度，达到蓄能目的；此时由于螺旋折流板扇形区域的结构设计，一方面延长了流体的路程和逗留时间，另一方面多层折流板以及三角区堵漏设计实现储罐大空间内温度梯度分层的效果；

(3)放热功能：当用电高峰或太阳能热能不足时，需要放出热量，将高温流体从罐体上方自流体进出口管流出，放热后的低温流体从罐体下方自流体进出口管流回储罐；

(4)蓄冷功能：当用电波谷时，将系统产生的低温流体从罐体下方自流体进出口管通入储罐中，从罐体上方自流体进出口管排出高温流体，实现将多余的冷量分层储存于储罐中的蓄冷功能；

(5)放冷功能：当用电负荷高峰期时，放出冷量，将低温流体从罐体下方自流体进出口管流出，高温流体从罐体上方自流体进出口管流回储罐。

优选地，当用于浓度梯度储罐时，其运行工艺包括以下步骤：

低浓度流体从罐体上方自流体进出口管流入或流出储罐，高浓度流体从罐体下方自流体进出口管流出或流入储罐；此时密度大的在下方，密度小的在上方，有利于抑制扩散和对流，减少流体微团混合；同时，储罐中的螺旋折流板扇形区使得流体呈现出折流型的流线，可以有效的实现大空间储罐内的稳定分层，在储罐的大空间中实现浓度的梯度分布，而几乎不存在质量交换等过程的发生；而三角区用于封堵扇形区域的三角缺口，防止不同浓度液体的漏流与混合；最终，通过浓度梯度储罐所储存的流体总体平均浓度的改变，有效实现系统对浓度调节的需求。

本发明的有益效果如下：

1、在较大的筒体内设置螺旋折流板形成螺旋通道，极大地方便了涉及温度浓度梯度的储罐设计，并为机组空间布置创造了灵活的条件；螺旋折流板形成如竹节一般的筋板效应，有利于提高储罐的强度，并可以用一个储罐替代两个储罐。

2、本发明的螺旋折流板采用一个扇形区加两个补三角区的折弯结构，不仅成型加工方法比曲面螺旋折流板大大简化，并消除了非连续螺旋折流板形成的螺旋通道内部的泄漏通道，而且折弯结构的强度刚度大大增强，可以采用薄板。

3、虽然有较长的当量流动通道，但因流动方向不改变，其流动阻力较低，可实现更好的流动效果，对于降低泵功消耗，提升机组效率有益。

4、材料利用率高，可以根据储罐内径和卷板的宽度合理设计螺旋折流板的分数，结构更简单，成本较低。

附图说明

图1为温度浓度梯度螺旋折流板储罐的结构示意图；

图2为螺旋折流板的结构示意图；

图中：1、筒体；2、上封头；3、下封头；4、螺旋折流板；5、扇形区；6三角区；7、流体进出口管；8、放气口；9、排污口；10、传感器接口。

具体实施方式

为使本发明的目的和技术方案更加清楚，下面将结合实施例及附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

实施例1

一种温度浓度梯度螺旋折流板储罐，如图1所示，包括罐体、一块以上的在罐体内竖直方向错位均匀分布、且边缘闭合的螺旋折流板4、进出口管组及仪表接口组。

所述罐体包括圆柱状的筒体1、上封头2和下封头3；所述上封头1、下封头2分别与所述筒体1的上下端面焊接连接成一体；所述上封头2为椭圆半球封头；所述下封头3在低压条件下为平板封头，在高压条件下为椭圆半球封头。

如图2所示，所述螺旋折流板4分为一个扇形区5和两个三角区6，其中扇形区5是以筒体1的内径、倾斜角和螺旋折流板4的分数所确定的关于短轴对称的椭圆的一个扇形，所述三角区6从所述扇形区5的两条直边向不同方向折弯，每块三角区6的形状刚好可以封堵相邻两块螺旋折流板4的扇形区5之间形成的三角形缺口的一半；相邻的螺旋折流板4在三角区6首尾相接并点焊固定，在外缘处形成一条拟螺旋线，与所述筒体1的内壁贴合并间断点焊固定。

所述进出口管组包括流体进出口管7、放气口8和排污口9；所述流体进出口管7设置于所述筒体的上下两端的外壁上；所述放气口8设置于所述上封头2的顶部，所述排污口9设置于所述下封头3的底部。所述进出口管组可以根据系统流程的需要确定流体进出口管7、放气口8和排污口9的数量。

所述仪表接口组包括设置于筒体1外壁上的传感器接口10，用于连接相关(如液位、温度、压力等)仪表或传感器。

如图1所示，上述温度浓度梯度螺旋折流板储罐为立式布置，当用于温度梯度储罐时，高温端在上方，低温端在下方；当用于浓度梯度储罐时，密度大的在下方，密度小的在上方。根据储罐的用途是建立温度梯度还是浓度梯度进行进出口切换，具体运行工艺如下：

(1)当用于温度梯度储罐时，高温流体(蒸汽)从罐体上方自流体进出口管流入或流出储罐，低温流体从罐体下方自流体进出口管流出或流入储罐。

当用电波谷或者太阳能能源丰富的工况下，可以将系统产生的高温流体(蒸汽)从罐体上方自流体进出口管通入储罐中，从罐体下方自流体进出口管排出低温流体，通过不断循环置换，提升温差储罐内流体的平均温度，达到蓄能目的；此时由于螺旋折流板扇形区域的结构设计，一方面延长了流体的路程和逗留时间；另一方面多层折流板以及三角区堵漏设计实现储罐大空间内温度(或浓度)梯度分层的效果。此为储罐的蓄热功能。

当用电高峰或太阳能热能不足时，需要放出热量，将高温流体从罐体上方自流体进出口管流出，放热后的低温流体从罐体下方自流体进出口管流回储罐，已达到放热功能。

当用电波谷等场合，将系统产生的低温流体从罐体下方自流体进出口管通入储罐中，从罐体上方自流体进出口管排出高温流体，实现将多余的冷量分层储存于储罐中的蓄冷功能。

当用电负荷高峰期时，放出冷量，将低温流体从罐体下方自流体进出口管流出，高温流体从罐体上方自流体进出口管流回储罐，实现放冷功能。

此外，可以考虑采用相变流体材料实现相变蓄冷提高温度梯度储罐蓄能性能。

(2)当用于浓度梯度储罐时，低浓度流体从罐体上方自流体进出口管流入或流出储罐，高浓度流体从罐体下方自流体进出口管流出或流入储罐；此时密度大的在下方，密度小的在上方，有利于抑制扩散和对流，减少流体微团混合；同时，储罐中的螺旋折流板扇形区使得流体呈现出折流型的流线，可以有效的实现大空间储罐内的稳定分层，在储罐的大空间中实现浓度的梯度分布，而几乎不存在质量交换等过程的发生；而三角区用于封堵扇形区域的三角缺口，防止不同浓度液体的漏流与混合；最终，通过浓度梯度储罐所储存的流体总体平均浓度的改变，有效实现系统对浓度调节的需求。

以上仅为本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。