[發明專利]熔鹽儲熱換熱性能試驗平臺及試驗方法

在審

• 申請號: 202210513346.6
• 申請日: 2022-05-11
• 公開（公告）號: CN114923953A
• 公開（公告）日: 2022-08-19
• 發明（設計）人: 徐鑫;張鏈;王亞凌
• 申請（專利權）人: 天津中德應用技術大學
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20
• 代理公司: 北京智橋聯合知識產權代理事務所(普通合伙) 11560
• 代理人: 程小艷

本發明涉及工質儲熱換熱性能試驗及相變儲熱換熱領域，主要涉及一種熔鹽儲熱換熱性能試驗平臺及試驗方法。熔鹽儲熱換熱性能試驗平臺通過并聯式換熱裝置實現多種換熱形式對比；通過熔鹽回收及試驗系統清洗裝置可實現多種熔鹽儲熱換熱性能對比，測試系統中更換熔鹽種類后，由于熔鹽熱物性發生了變化，配比相應的儲熱/換熱裝置，可使儲熱及換熱量合理地與之契合，進而使試驗達到較好的效果；通過余熱熱回收裝置可將試驗過程中中高溫熔鹽向低溫工質進行換熱而產生的余熱合理利用；通過數據采集系統可將試驗過程中的數據實時展示在試驗數據展示界面上。其中試驗方法包括試驗準備階段、試驗進行中、試驗結束后整理及熔鹽更換。

技術領域

本發明涉及工質儲熱換熱性能試驗及相變儲熱換熱領域，主要涉及一種熔鹽儲熱換熱性能試驗平臺及試驗方法。

背景技術

中高溫熔鹽作為一種相變材料，廣泛應用于中高溫儲熱換熱系統中；比如，太陽鹽(60％NaNO₃+40％KNO₃)作為儲熱及換熱材料用于塔式太陽能光熱發電系統中，有效提升光熱電轉化效率。對于熔融鹽的儲熱性能測試試驗，多采用TGA/DSC等儀器進行熔鹽物質熱性能的測試；再依據不同的儲熱裝置進行儲熱性能測驗。對于熔融鹽的換熱性能測試試驗，多采用不同形式換熱器進行單一因素測試；且由于熔鹽溫度較高，試驗階段換出的熱基本上直接被排出，無法再進行利用。

現階段，熔鹽的儲熱換熱性能測試主要依靠熱物性測試儀器、不同形式儲熱罐及不同形式換熱器進行熔鹽的靜態熱物性及動態儲熱換熱性能的測試。但是，不同儲熱裝置形式會對熔鹽儲熱過程帶來不同影響，不同換熱器的不同換熱傳熱系數會對熔鹽換熱過程帶來不同影響；并且，測試系統中更換熔鹽種類后，由于熔鹽熱物性發生了變化，相同儲熱/換熱裝置的儲熱及換熱量無法與之契合，進而使試驗無法達到較好的效果；或者部分原始熔鹽停留在試驗系統中，對新加入熔鹽儲熱換熱性能測試造成一定影響。同時，部分試驗裝置僅考慮了中高溫熔鹽向低溫工質進行換熱，未考慮換熱后的低溫工質去向，大部分換熱后的低溫工質直接被排放。

發明內容

本發明針對不同換熱形式對同一及不同熔鹽換熱性能的影響，提出了并聯式換熱裝置，可以滿足換熱性能的平行對比試驗及單一因素優化試驗。針對不同熔鹽的儲熱性能測試，設計了可更換保溫層熔鹽罐，提出了熔鹽回收及試驗系統清洗裝置，較好地進行熔鹽的更換，可以實現不同熔鹽的儲熱/換熱量理論配比。針對余熱浪費問題，提出了余熱熱回收裝置，可為平臺所在室內供暖或提供生活熱水。結合數據采集系統，形成熔鹽儲熱換熱性能試驗平臺，結合相應試驗方法，可實現不同熔鹽與不同換熱系統配比工況下的熔鹽儲熱換熱性能特性試驗。

本發明的技術方案為熔鹽儲熱換熱性能試驗平臺由并聯式換熱裝置、熔鹽罐、余熱熱回收裝置、熔鹽回收及試驗系統清洗裝置及數據采集系統組成；如圖1所示具體由油-水換熱器E01、油-熔鹽換熱器E02、熔鹽罐03、風-油散熱器E03、風-水散熱器E04、儲油罐E10、儲水罐E09、泵、熔鹽回收槽、管路及相應傳感器組成。

并聯式換熱裝置包括多種換熱器、管路及配套閥門等。油-水換熱器及油-熔鹽換熱器分別為多種換熱器并聯組成如圖2所示，包括套管式E01\E02\板式E011\E021\管殼式E012\E022等多種類型典型換熱器，可根據實驗需求進行相應閥門VA06_～VA029的切換，進而選擇不同類型換熱器進行換熱性能對比試驗，并可在預留口VA030-VA037處加裝新型換熱器E013\E023，通過試驗探究新型換熱器換熱性能。儲水罐E09及儲油罐E10均為承壓不銹鋼罐體外敷設保溫層，罐內均設置有可調節功率的電加熱器E14及連接外部制冷機的制冷盤管E15，如圖3所示，可實現不同初始換熱溫度或維持不變的換熱器進口溫度，滿足不同換熱試驗工況。

熔鹽罐03由保溫材料及承壓不銹鋼罐體組成，為了使熔鹽快速并均勻融化并保持熔融狀態，設置有帶有可調功率電加熱電阻絲的攪拌裝置E05，從上到下插入罐體，可以在加熱的同時進行攪拌，加速熔鹽融化的均勻性；底部均勻分布多個可調功率電加熱裝置E06\E07\E08等，滿足不同類型熔鹽或其他工質融化并長時間保持均勻熔融狀態的要求。