一种用于改善斜温层储热罐热性能的内载环状扰流器的制作方法

1.本发明属于斜温层储热罐技术领域，具体涉及一种用于改善斜温层储热罐热性能的内载环状扰流器。


背景技术：

2.热储能是最具应用前景的规模储能技术之一。热物理储能技术主要包括显热储热和相变储热，这两种储能技术是获得了大规模应用的储能技术。热储能技术特点优势主要表现在：储能容量大、配置灵活、无特殊环境要求；具有规模化建设及运营成本的优势，具有明显的规模效应。循环次数大、寿命长，且储能电站的双向调节功能不会伴随长时间储热循环而导致效率降低，储放过程无化学反应，技术参数及过程可控，系统安全性高。
3.斜温层是大体积流体内，一道很明显的薄层，在这层内的温度随深度变化而变化，在这层上下的温度变化很快。例如：在湖泊中水的温度是随深度下降的，依照温度的不同在垂直方向把湖水分为混合层、斜温层和深水层。混合层位于近水面以下，这里的水温和水面相近；混合层往下水温骤降，温度变化曲线斜率大，称为斜温层；深水层位于斜温层以下。
4.斜温层储热罐就是利用了斜温层的原理，并在热储能方面得到的应用。斜温层储热罐通常由两个相互连接的罐体组成，分别是高温罐和低温罐。当有过剩的电力或热能时，可以将其用于将流体从低温罐泵送到高温罐中，从而形成温度差。当需要使用能量时，可以通过传热器从高温罐中取出热能，使流体在两个罐体之间循环流动，实现能量的转换和储存。
5.利用冷热流体密度不同的原理，在蓄热储热罐内加装扰流器，使热冷流体分别从罐顶和罐底均匀流入，在冷热流体交界处形成稳定的斜温层，使其在蓄热储热罐内自然分层，从而完成流体热量的储存。蓄热储热罐的优势为蓄放热快速便捷，成本低。但是蓄热水罐的体积大，占地面积通常比较大。为了实现最大限度利用蓄热储热罐进行调峰，需要不断提高蓄热罐的性能和储热效率。在自然分层的情况下，斜温层的厚度是影响蓄热效率高低的一个重要因素，因此需要针对斜温层的特点来优化设计方案。此外，扰流器的设计型式也对入口流体的掺混程度产生影响，从而进一步影响斜温层的厚度。
6.目前已有很多不同的扰流器设计，例如水平双侧开孔扰流器、八角形扰流器、管排式、仿八边形、环形开口板等等。受限于传统加工方法(如机械切割或冲压)存在的局限性，现有的扰流器加工往往存在切割精度不高、切割形状受限、热应力和疲劳等问题，从而导致了热传导速率低、储热效率不高、热量不均匀分布等问题。


技术实现要素：

7.本发明提供一种用于改善斜温层储热罐热性能的内载环状扰流器，本发明通过将激光切割技术引入内载环状扰流器的制造过程中，可以更好地控制流场和水流速度，从而提高系统的热传递效率和稳定性，以克服现有扰流器所存在的热传导速率低、储热效率不高、热量不均匀分布等问题。
8.为解决上述问题，本发明提供的技术方案如下：
9.本发明实施例提供一种用于改善斜温层储热罐热性能的内载环状扰流器，所述内载环状扰流器设置在斜温层储热罐内，所述内载环状扰流器包括第一层平板(61)和第二层平板(62)；所述第一层平板(61)和所述第二层平板(62)通过侧壁连接以形成腔体结构(67)，沿所述腔体结构(67)边缘的圆周上均布设置有多个绕流挡板(66)，所述第一层平板(61)上通过激光切割加工技术形成多个同心圆环(63)，且多个同心圆环(63)的中心与所述第一层平板(61)中心重合；所述第一层平板(61)被多个圆环分割后的部分通过立柱(64)与所述第二层平板(62)固定连接，所述第二层平板(62)的中心位置设有流体进出口(65)，所述流体进出口(65)通过腔体结构(67)与多个同心圆环(63)连通；多个同心圆环(63)的间距a与该圆环到第一层平板(61)中心的距离d呈反比。
10.根据本发明一可选实施例，所述第一层平板(61)为半径r为80mm，厚度为6mm的圆形结构，在所述第一层平板(61)由圆心向边缘上通过激光切割加工技术形成有第一同心圆环和第二同心圆环，所述第一同心圆环和所述第二同心圆环到所述第一层平板(61)圆心的中心距离d分别为40mm和60mm，其间距a分别为10mm和5mm。
11.根据本发明一可选实施例，所述第一同心圆环内侧部分设置有5个立柱(64)，该5个立柱(64)中一个立柱位于其他4个立柱的中心；所述第一同心圆环和所述第二同心圆环之间部分设置有4个立柱(64)。
12.根据本发明一可选实施例，所述绕流挡板(66)为三角板、矩形板、梯形板或不规则结构。
13.根据本发明一可选实施例，所述斜温层储热罐包括上下一体连接的上罐体(1)和下罐体(2)，2个所述内载环状扰流器分别设置在上罐体(1)和下罐体(2)中，所述上罐体(1)和所述下罐体(2)内还分别设有热水进出管(4)和冷水进出管(5)，所述热水进出管(4)和所述冷水进出管(5)分别与对应1个内载环状扰流器的流体进出口(65)连通。
14.根据本发明一可选实施例，所述上罐体(1)和所述下罐体(2)在冷热流体交界处形成稳定的斜温层(3)，使其在蓄热储热罐内自然分层，从而完成流体热量的储存。
15.有益效果：(1)、通过引入激光切割加工，可以在内载环状扰流器中创建更多的热传导通道，从而提高热量的传导速率和均匀性，大大改善斜温层储热罐的热性能；(2)、由于开环较多，结构精细，加工难度较大，采用激光切割加工，才能实现更好的成型效果，实现更均匀的热量分布，可以增加斜温层储热罐的有效储热体积，并提高热量的储存和释放效率。
附图说明
16.为了更清楚地说明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介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是发明的一些实施例，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。
17.图1为本技术实施例提供的一种斜温层储热罐的结构示意图。
18.图2为本技术实施例提供的一种内载环状扰流器的剖面图。
19.图3分别为本技术实施例提供的一种内载环状扰流器的俯视图。
20.图中：上罐体1，下罐体2，斜温层3，热水进出管4，冷水进出管5，内载环状扰流器6，
第一层平板61，第二层平板62，圆环63，立柱64，流体进出口65，绕流挡板66，腔体结构67。
具体实施方式
21.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
22.如图1所示，本技术实施例提供的一种斜温层储热罐的结构示意图。该斜温层储热罐包括上下一体连接的上罐体1和下罐体2，其中，上罐体1和下罐体2内分别设有1个内载环状扰流器6，且上罐体1和下罐体2内还分别设有热水进出管4和冷水进出管5，热水进出管4和冷水进出管5分别与对应1个内载环状扰流器6连通，使热、冷流体分别从罐顶和罐底均匀流入，在冷热流体交界处形成稳定的斜温层3，使其在蓄热储热罐内自然分层，从而完成流体热量的储存。
23.当有过剩的电力或热能时，可以将其用于将流体(如导热油)从低温罐(即下罐体2)泵送到高温罐(即上罐体1)中，从而形成温度差。当需要使用能量时，可以通过传热器从高温罐中取出热能，使流体在两个罐体之间循环流动，实现能量的转换和储存。
24.优选地，上罐体1的内载环状扰流器6在热水进出管4上方，使得热水进出管4与该内载环状扰流器6下方的流体进出口65连通；相反地，下罐体2的内载环状扰流器6在冷水进出管5下方，使得冷水进出管5与该内载环状扰流器6上方的流体进出口65连通，由此以最大限度减少进出水对斜温层3的扰动。
25.如图2所示，内载环状扰流器6包括包括第一层平板61和第二层平板62。第一层平板61和第二层平板62通过侧壁连接以形成腔体结构67，沿腔体结构67边缘的圆周上均布设置有多个绕流挡板66，该绕流挡板66为三角板、矩形板、梯形板或不规则结构。第一层平板61上通过激光切割加工技术形成多个同心圆环63，本实施例通过引入激光切割加工，可以在内载环状扰流器中创建更多的热传导通道(同心圆环63)，从而提高热量的传导速率和均匀性，大大改善斜温层储热罐的热性能；由于开环较多，结构精细，加工难度较大，采用激光切割加工，才能实现更好的成型效果，实现更均匀的热量分布，可以增加斜温层储热罐的有效储热体积，并提高热量的储存和释放效率。
26.多个同心圆环63的中心与第一层平板61中心重合。第一层平板61被多个圆环分割后的部分通过立柱64与第二层平板62固定连接，第二层平板62的中心位置设有流体进出口65，流体进出口65通过腔体结构67与多个同心圆环63连通；多个同心圆环63的间距a与该圆环到第一层平板61中心的距离d呈反比。
27.进一步地，多个同心圆环63的间距a与该圆环到第一层平板61中心的距离d呈反比，也就是距离第一层平板61中心越近，圆环间距越大；因为距离平板中心越近，流速越大，则需要增大开环间距以降低流速，从而平衡不同位置处的环内流速。
28.图3结合图2，第一层平板61为半径r为80mm，厚度为6mm的圆形结构，在第一层平板61由圆心向边缘上通过激光切割加工技术形成有第一同心圆环和第二同心圆环，第一同心圆环和第二同心圆环到第一层平板61圆心的中心距离d分别为40mm和60mm，其间距a分别为10mm和5mm。
29.第一同心圆环内侧部分设置有5个立柱64，该5个立柱64中一个立柱位于其他4个立柱的中心；第一同心圆环和第二同心圆环之间部分设置有4个立柱64。
30.研究表明，蓄热罐内扰流器的同心圆环个数及其间距、扰流器直径、罐体高径比等结构参数对蓄热罐放热性能的影响。在流量一定时，开设同心圆环个数越多，开设同心圆环越大，斜温层越薄，斜温层厚度与环内流速有一定的耦合关系，一般来说流速越低，斜温层厚度越薄。
31.为了最大限度减少对斜温层的扰动，提高热量的传导速率和均匀性，本发明通过同心圆环的设置，将导热油均匀地分布到整个储热罐中，同时距离平板中心越近，圆环间距越大，这是因为距离平板中心越近，流速越大，则需要增大圆环间距以降低流速，从而平衡不同位置处的环内流速。
32.进一步地，所述第一层平板61被圆环63分割后的部分(包括中心圆板和中间环形板)通过立柱64与第二层平板62固定连接。本实施例中，分割后的中心圆板和中间环形板分别通过4个沿圆周均布的立柱64与第二层平板62固定连接。
33.所述腔体结构67内还设有沿圆周均布的绕流挡板66，绕流挡板66可以是三角板、矩形板、梯形板或者不规则形状，从而抑制腔体结构67内漩涡结构的形成，减小斜温层扰动，降低斜温层厚度。
34.相比传统的机械切割或冲压工艺，激光切割加工是一种利用激光束对材料进行切割的先进制造技术，其工作原理为：激光切割是利用激光束的高能量密度，通过材料与激光相互作用，使材料局部加热至熔化或汽化的温度，然后通过气体喷射或机械挤压等方式将熔化或汽化的材料排出，从而实现对材料的切割。激光切割具有很多优点，包括非接触性切割，减少对材料的机械应力和变形；高精度和细微切割能力，适用于复杂形状和细小孔洞的制造等。
35.本发明中的内载环状扰流器通过激光切割加工而成。激光切割加工可以实现更精确和一致的切割形状，从而提高内载环状扰流器的稳定性和耐久性，减少可能的热应力和疲劳问题。通过引入激光切割技术，还可以设计特定的切割路径和形状，以实现斜温层储热罐的热性能提升目标，包括改变环的尺寸、形状和排列方式等，以优化热传导和储热效率。
36.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内；本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。

技术特征：
1.一种用于改善斜温层储热罐热性能的内载环状扰流器，其特征在于，所述内载环状扰流器设置在斜温层储热罐内，所述内载环状扰流器包括第一层平板(61)和第二层平板(62)；所述第一层平板(61)和所述第二层平板(62)通过侧壁连接以形成腔体结构(67)，沿所述腔体结构(67)边缘的圆周上均布设置有多个绕流挡板(66)，所述第一层平板(61)上通过激光切割加工技术形成多个同心圆环(63)，且多个同心圆环(63)的中心与所述第一层平板(61)中心重合；所述第一层平板(61)被多个圆环分割后的部分通过立柱(64)与所述第二层平板(62)固定连接，所述第二层平板(62)的中心位置设有流体进出口(65)，所述流体进出口(65)通过腔体结构(67)与多个同心圆环(63)连通；多个同心圆环(63)的间距a与该圆环到第一层平板(61)中心的距离d呈反比。2.根据权利要求1所述的用于改善斜温层储热罐热性能的内载环状扰流器，其特征在于，所述第一层平板(61)为半径r为80mm，厚度为6mm的圆形结构，在所述第一层平板(61)由圆心向边缘上通过激光切割加工技术形成有第一同心圆环和第二同心圆环，所述第一同心圆环和所述第二同心圆环到所述第一层平板(61)圆心的中心距离d分别为40mm和60mm，其间距a分别为10mm和5mm。3.根据权利要求2所述的用于改善斜温层储热罐热性能的内载环状扰流器，其特征在于，所述第一同心圆环内侧部分设置有5个立柱(64)，该5个立柱(64)中一个立柱位于其他4个立柱的中心；所述第一同心圆环和所述第二同心圆环之间部分设置有4个立柱(64)。4.根据权利要求1所述的用于改善斜温层储热罐热性能的内载环状扰流器，其特征在于，所述绕流挡板(66)为三角板、矩形板、梯形板或不规则结构。5.根据权利要求1所述的用于改善斜温层储热罐热性能的内载环状扰流器，其特征在于，所述斜温层储热罐包括上下一体连接的上罐体(1)和下罐体(2)，2个所述内载环状扰流器分别设置在上罐体(1)和下罐体(2)中，所述上罐体(1)和所述下罐体(2)内还分别设有热水进出管(4)和冷水进出管(5)，所述热水进出管(4)和所述冷水进出管(5)分别与对应1个内载环状扰流器的流体进出口(65)连通。6.根据权利要求5所述的用于改善斜温层储热罐热性能的内载环状扰流器，其特征在于，所述上罐体(1)和所述下罐体(2)在冷热流体交界处形成稳定的斜温层(3)，使其在蓄热储热罐内自然分层，从而完成流体热量的储存。

技术总结
本发明公开了一种用于改善斜温层储热罐热性能的内载环状扰流器，该内载环状扰流器设置在斜温层储热罐内，内载环状扰流器包括第一层平板和第二层平板；第一层平板和第二层平板通过侧壁连接以形成腔体结构，第一层平板上通过激光切割加工技术形成多个同心圆环，且多个同心圆环的中心与第一层平板中心重合；第二层平板的中心位置设有流体进出口，流体进出口通过腔体结构与多个同心圆环连通；本发明通过引入激光切割加工，实现更好的成型效果，可以在内载环状扰流器中创建更多的热传导通道，从而提高热量的传导速率和均匀性，大大改善斜温层储热罐的热性能，实现更均匀的热量分布，增加斜温层储热罐的有效储热体积，并提高热量的储存和释放效率。存和释放效率。存和释放效率。


技术研发人员：邹崇哲 周昕昊 陆俊杰
受保护的技术使用者：无锡市柯马激光科技有限公司
技术研发日：2023.08.14
技术公布日：2023/10/15