一種低熱損儲熱水體柔性浮頂的制作方法

本發明涉及一種適用于儲熱水體的柔性浮頂。

背景技術：

由于水的比熱和密度較大，單位體積的儲熱容量大，換熱強度便于控制等優點，水體儲熱是未來具有發展前景的跨季節大容量儲熱的重要形式之一。與水箱儲熱不同，水體儲熱容量一般較大，少則數千立方米，多則可以達到10萬立方米以上，如果采用儲熱水箱中常用的剛性浮頂設計，則會大大增加儲熱水體的造價，影響系統經濟性。

我國目前還尚未建設萬立方米級別以上的水體儲熱應用案例。在國際上，丹麥是太陽能區域供熱商業化推廣規模最大的國家，水體儲熱是主要的應用形式。丹麥所采用的水體儲熱頂部為浮頂結構，依靠水的浮力支撐儲熱池頂部結構。其浮頂結構主要由柔性膜層和保溫層組成，兩層柔性膜層之間填充保溫層，以減少儲熱水體的熱損。但通過實地調研以及研究分析發現，具備這種浮頂結構的儲熱水體，熱損量仍可以達到水體蓄熱量的20％以上(水體儲熱容量為7.5萬立方米)。其中，由于儲熱水體的溫度分層效應，緊鄰浮頂結構下層的水體溫度最高，水體與外界環境溫差大，通過浮頂結構散失的熱量占到水體總散熱量的50％以上。如果過多增加保溫材料的厚度來降低熱損，勢必增加柔性浮頂的重量，當柔性浮頂的重量高于儲熱水體的浮力時，柔性浮頂將塌陷。因此，采用輕質結構的同時保證低熱損系數，是提高儲熱水體蓄熱能力的有效途徑之一。

目前，我國的柔性浮頂專利多針對于小型儲液罐。例如，專利cn99233384.9《用于覆蓋液面的膜式柔性浮頂》、專利cn200520096791.9《單層膜式柔性浮頂》、專利cn200720062227.4《全柔性膜式浮頂》提出了適用于小型儲熱罐的浮頂結構以及浮頂與罐體的密封技術。

國外專利中，專利us5005724(a)《floatingcoverfortheinteriorofastoragetank》提出一種水箱上部可伸縮的柔性浮頂，主要用于平衡水體內與外部環境的壓力。該專利不涉及低熱損技術。

專利us3313443(a)《floatingcoverforaliquidstoragereservoir》提出了一種柔性浮頂與周圍壁面的密封技術。該專利不涉及低熱損技術。

專利de2949584(a1)《undergroundheatstorewithgroundheatcollector-comprisesconcretetankcontainingsandorwatercoveredoverwithsoilforlandscaping》提出了一種地下儲熱水池結構，雖涉及一定的低熱損技術，但是該專利的頂部為剛化結構，非柔性結構。

技術實現要素：

本發明提出一種低熱損儲熱水體柔性浮頂，可以降低大型儲熱池的頂部散熱，以提高儲熱池的整體蓄熱性能，同時可以降低大型儲熱池造價。

本發明的技術方案如下：

本發明低熱損儲熱水體柔性浮頂主要包括：蜂窩狀柔性膜層、保溫層、耐高溫柔性膜層、人口、自動排氣閥、水體排氣管、固定螺栓，以及壓實柱體。所述的柔性浮頂自上而下依次為蜂窩狀柔性膜層、保溫層和耐高溫柔性膜層；自動排氣閥固定于蜂窩狀柔性膜層；人口的底部固定于耐高溫柔性膜層上，人口的頂部固定于蜂窩狀柔性膜層上；水體排氣管的一端固定于耐高溫柔性膜層上，另一端固定于人口側壁上。蜂窩狀柔性膜層與耐高溫柔性膜層通過固定螺栓和壓實柱體固定于儲熱池周圍的土壤上。

蜂窩狀柔性膜層的頂部為透明柔性膜層，底部為黑色柔性膜層，中間填充空氣層。

保溫層的厚度應根據傳熱限值計算得到，保溫材料宜因地制宜選擇，可以為蛭石、苯板等。

水體排氣管與耐高溫柔性膜層相連接的一端低于水體排氣管與人口相連接的一端，有利于水體氣體的排出。

人口的數量至少為2個。

自動排氣閥的數量根據自動排氣量以及自動排氣閥的閥門特性選擇。

本發明工作過程如下：

當太陽能輻照透過蜂窩狀柔性膜層頂部的透明柔性膜層時，蜂窩狀柔性膜層底部的黑色柔性膜層吸收太陽能，提高黑色柔性膜層的溫度。蜂窩狀柔性膜層的空氣層在每一個蜂窩空間中形成自然對流，但是由于空氣具有良好的保溫特性，因此黑色柔性膜層的溫度要遠高于外部環境空氣溫度。較高的黑色柔性膜層溫度，降低了保溫層下表面與上表面的溫差，從而減少了通過柔性浮頂結構的熱損。即使在沒有太陽輻照期間，由于空氣的良好保溫特性，也能夠使得黑色柔性膜層的溫度高于外界環境溫度，同樣能夠降低保溫層下表面與上表面的溫差，從而減少通過柔性浮頂結構的熱損。

當水體溫度變化時，水體內伴有氣體析出現象，為了盡快排空空氣，保持合理壓力，避免耐高溫柔性膜層承受過大壓力而破損，耐高溫柔性膜層上安裝有水體排氣管，氣體通過水體排氣管進入人口內，向外界環境中排出多余氣體。另外，在施工安裝過程中，柔性浮頂的保溫層會存有過多的空氣，當保溫層內氣體壓力過大時，自動排氣閥會排除過多的空氣，維持壓力平衡。

本發明的低熱損儲熱水體柔性浮頂可以有效降低儲熱池頂部的熱損，從而提高整個儲熱池的儲熱量。同時，利用水體排氣管和自動排氣閥，平衡系統中的氣體壓力，避免由于壓力不平衡造成的膜層破壞，確保浮頂結構能夠正常工作。同時，利用蜂窩狀空氣層的良好保溫特性，減少了保溫層的厚度要求，繼而減少了浮頂的整體重量。

附圖說明

圖1是本發明一種低熱損儲熱水體柔性浮頂的結構示意圖；

圖2是蜂窩狀柔性膜層的結構示意圖；

圖3是浮頂透明柔性膜層上，人口與自動排氣閥的布置示意圖；

圖4是浮頂黑色柔性膜層上，人口與水體排氣管的布置示意圖。

圖中：1蜂窩狀柔性膜層，2保溫層，3耐高溫柔性膜層，4人口，5自動排氣閥，6水體排氣管，7水體，8固定螺栓，9壓實柱體，10透明柔性膜層，11黑色柔性膜層，12空氣層。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式進一步說明本發明。

如圖1所示，所述的柔性浮頂主要包括：蜂窩狀柔性膜層1、保溫層2、耐高溫柔性膜層3、人口4、自動排氣閥5、水體排氣管6、固定螺栓8，以及壓實柱體9。所述的柔性浮頂自上而下依次為蜂窩狀柔性膜層1、保溫層2和耐高溫柔性膜層3。自動排氣閥5固定于蜂窩狀柔性膜層1上；人口4的底部固定于耐高溫柔性膜層3上，人口4的頂部固定于蜂窩狀柔性膜層1上；水體排氣管6的一端固定于耐高溫柔性膜層3上，另一端固定于人口4側壁上。利用固定螺栓8和壓實柱體9，蜂窩狀柔性膜層1與耐高溫柔性膜層3固定于儲熱池周圍的土壤上。

如圖2所示，蜂窩狀柔性膜層1的頂部為透明柔性膜層10，底部為黑色柔性膜層11，中間填充空氣層12。

如圖3所示，人口4和自動排氣閥5均勻地分布在浮頂上，人口4的數量至少為2個。自動排氣閥5的數量根據自動排氣量以及自動排氣閥的閥門特性選擇。

如圖4所示，水體排氣管6與耐高溫柔性膜層3相連接的一端低于水體排氣管6與人口4相連接的一端，有利于水體7氣體的排出。

在實施過程中，首先將水體7填充于儲熱池中，再將耐高溫柔性膜層3敷設于水體7上，耐高溫柔性膜層3的四邊固定在儲熱池周圍的土壤上，由于水的浮力，能夠承載耐高溫柔性膜層3的重量。而后，在耐高溫柔性膜層3上打孔，并將水體排氣管6焊接在耐高溫柔性膜層3上。同時，在耐高溫柔性膜層3上安裝人口4，人口4亦可以通過焊接的方式固定在耐高溫柔性膜層3上。將水體排氣管6的另一端插入人口4的側壁上。而后，將保溫層2敷設在耐高溫柔性膜層3上，保溫層2的厚度應根據傳熱限值計算得到，保溫材料宜因地制宜選擇，可以為蛭石、苯板等。在此基礎上，將蜂窩狀柔性膜層1敷設于保溫層2上，并將自動排氣閥5和人口4的頂部焊接在蜂窩狀柔性膜層1上。蜂窩狀柔性膜層1和耐高溫柔性膜層3均通過固定螺栓8和壓實柱體9固定在儲熱池周圍的土壤上。蜂窩狀柔性膜層1應為預制構件，在現場直接安裝即可。

為便于人員下水檢查，應設置人口4，一般需要兩名潛水員同時下水操作，處于安全考慮，至少設置2個人口。

本發明工作原理為：

當太陽能輻照透過蜂窩狀柔性膜層1頂部的透明柔性膜層10時，蜂窩狀柔性膜層底部的黑色柔性膜層11吸收太陽能，提高黑色柔性膜層11的溫度。蜂窩狀柔性膜層1的空氣層12在每一個蜂窩空間中形成自然對流，但是由于空氣具有良好的保溫特性，因此黑色柔性膜層11的溫度要遠高于外部環境空氣溫度。較高的黑色柔性膜層11溫度，降低了保溫層2下表面與上表面的溫差，從而減少了通過柔性浮頂結構的熱損。即使在沒有太陽輻照期間，由于空氣的良好保溫特性，也能夠使得黑色柔性膜層11的溫度高于外界環境溫度，同樣能夠降低保溫層2下表面與上表面的溫差，從而減少通過柔性浮頂結構的熱損。

當水體溫度變化時，水體內伴有氣體析出現象，為了盡快排空空氣，保持合理壓力，避免耐高溫柔性膜層3承受過大壓力而破損，耐高溫柔性膜層3上安裝有水體排氣管6，氣體通過水體排氣管6進入人口內，向外界環境中排出多余氣體。另外，在施工安裝過程中，柔性浮頂的保溫層會存有過多的空氣，當保溫層內氣體壓力過大時，自動排氣閥5會排除過多的空氣，維持壓力平衡。

本發明的優點在于：

本發明的低熱損儲熱水體柔性浮頂可以有效降低儲熱池頂部的熱損，從而提高整個儲熱池的儲熱量。同時，利用水體排氣管和自動排氣閥，平衡系統中的氣體壓力，避免由于壓力不平衡造成的膜層破壞，確保浮頂結構能夠正常工作。同時，利用蜂窩狀空氣層的良好保溫特性，減少了保溫層的厚度要求，繼而減少了浮頂的整體重量。