本發(fā)明涉及一種適用于儲(chǔ)熱水體的柔性浮頂。

背景技術(shù)：

由于水的比熱和密度較大，單位體積的儲(chǔ)熱容量大，換熱強(qiáng)度便于控制等優(yōu)點(diǎn)，水體儲(chǔ)熱是未來(lái)具有發(fā)展前景的跨季節(jié)大容量?jī)?chǔ)熱的重要形式之一。與水箱儲(chǔ)熱不同，水體儲(chǔ)熱容量一般較大，少則數(shù)千立方米，多則可以達(dá)到10萬(wàn)立方米以上，如果采用儲(chǔ)熱水箱中常用的剛性浮頂設(shè)計(jì)，則會(huì)大大增加儲(chǔ)熱水體的造價(jià)，影響系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性。

我國(guó)目前還尚未建設(shè)萬(wàn)立方米級(jí)別以上的水體儲(chǔ)熱應(yīng)用案例。在國(guó)際上，丹麥?zhǔn)翘?yáng)能區(qū)域供熱商業(yè)化推廣規(guī)模最大的國(guó)家，水體儲(chǔ)熱是主要的應(yīng)用形式。丹麥所采用的水體儲(chǔ)熱頂部為浮頂結(jié)構(gòu)，依靠水的浮力支撐儲(chǔ)熱池頂部結(jié)構(gòu)。其浮頂結(jié)構(gòu)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(chǔ)熱水體的熱損。但通過(guò)實(shí)地調(diào)研以及研究分析發(fā)現(xiàn)，具備這種浮頂結(jié)構(gòu)的儲(chǔ)熱水體，熱損量仍可以達(dá)到水體蓄熱量的20％以上(水體儲(chǔ)熱容量為7.5萬(wàn)立方米)。其中，由于儲(chǔ)熱水體的溫度分層效應(yīng)，緊鄰浮頂結(jié)構(gòu)下層的水體溫度最高，水體與外界環(huán)境溫差大，通過(guò)浮頂結(jié)構(gòu)散失的熱量占到水體總散熱量的50％以上。如果過(guò)多增加保溫材料的厚度來(lái)降低熱損，勢(shì)必增加柔性浮頂?shù)闹亓?，?dāng)柔性浮頂?shù)闹亓扛哂趦?chǔ)熱水體的浮力時(shí)，柔性浮頂將塌陷。因此，采用輕質(zhì)結(jié)構(gòu)的同時(shí)保證低熱損系數(shù)，是提高儲(chǔ)熱水體蓄熱能力的有效途徑之一。

目前，我國(guó)的柔性浮頂專利多針對(duì)于小型儲(chǔ)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(chǔ)熱罐的浮頂結(jié)構(gòu)以及浮頂與罐體的密封技術(shù)。

國(guó)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(nèi)與外部環(huán)境的壓力。該專利不涉及低熱損技術(shù)。

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

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

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

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

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明低熱損儲(chǔ)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(dòng)排氣閥、水體排氣管、固定螺栓，以及壓實(shí)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(dòng)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(cè)壁上。蜂窩狀柔性膜層與耐高溫柔性膜層通過(guò)固定螺栓和壓實(shí)柱體固定于儲(chǔ)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(yīng)根據(jù)傳熱限值計(jì)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(shù)量至少為2個(gè)。

自動(dòng)排氣閥的數(shù)量根據(jù)自動(dòng)排氣量以及自動(dòng)排氣閥的閥門特性選擇。

本發(fā)明工作過(guò)程如下：

當(dāng)太陽(yáng)能輻照透過(guò)蜂窩狀柔性膜層頂部的透明柔性膜層時(shí)，蜂窩狀柔性膜層底部的黑色柔性膜層吸收太陽(yáng)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(gè)蜂窩空間中形成自然對(duì)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(yuǎn)高于外部環(huán)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(guò)柔性浮頂結(jié)構(gòu)的熱損。即使在沒(méi)有太陽(yáng)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(huán)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(guò)柔性浮頂結(jié)構(gòu)的熱損。

當(dāng)水體溫度變化時(shí)，水體內(nèi)伴有氣體析出現(xiàn)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(guò)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(guò)水體排氣管進(jìn)入人口內(nèi)，向外界環(huán)境中排出多余氣體。另外，在施工安裝過(guò)程中，柔性浮頂?shù)谋貙訒?huì)存有過(guò)多的空氣，當(dāng)保溫層內(nèi)氣體壓力過(guò)大時(shí)，自動(dòng)排氣閥會(huì)排除過(guò)多的空氣，維持壓力平衡。

本發(fā)明的低熱損儲(chǔ)熱水體柔性浮頂可以有效降低儲(chǔ)熱池頂部的熱損，從而提高整個(gè)儲(chǔ)熱池的儲(chǔ)熱量。同時(shí)，利用水體排氣管和自動(dòng)排氣閥，平衡系統(tǒng)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(jié)構(gòu)能夠正常工作。同時(shí)，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?shù)恼w重量。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明一種低熱損儲(chǔ)熱水體柔性浮頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是蜂窩狀柔性膜層的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是浮頂透明柔性膜層上，人口與自動(dòng)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(dòng)排氣閥，6水體排氣管，7水體，8固定螺栓，9壓實(shí)柱體，10透明柔性膜層，11黑色柔性膜層，12空氣層。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)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(dòng)排氣閥5、水體排氣管6、固定螺栓8，以及壓實(shí)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(dòng)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(cè)壁上。利用固定螺栓8和壓實(shí)柱體9，蜂窩狀柔性膜層1與耐高溫柔性膜層3固定于儲(chǔ)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(dòng)排氣閥5均勻地分布在浮頂上，人口4的數(shù)量至少為2個(gè)。自動(dòng)排氣閥5的數(shù)量根據(jù)自動(dòng)排氣量以及自動(dòng)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(shí)施過(guò)程中，首先將水體7填充于儲(chǔ)熱池中，再將耐高溫柔性膜層3敷設(shè)于水體7上，耐高溫柔性膜層3的四邊固定在儲(chǔ)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(shí)，在耐高溫柔性膜層3上安裝人口4，人口4亦可以通過(guò)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(cè)壁上。而后，將保溫層2敷設(shè)在耐高溫柔性膜層3上，保溫層2的厚度應(yīng)根據(jù)傳熱限值計(jì)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(chǔ)上，將蜂窩狀柔性膜層1敷設(shè)于保溫層2上，并將自動(dòng)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(guò)固定螺栓8和壓實(shí)柱體9固定在儲(chǔ)熱池周圍的土壤上。蜂窩狀柔性膜層1應(yīng)為預(yù)制構(gòu)件，在現(xiàn)場(chǎng)直接安裝即可。

為便于人員下水檢查，應(yīng)設(shè)置人口4，一般需要兩名潛水員同時(shí)下水操作，處于安全考慮，至少設(shè)置2個(gè)人口。

本發(fā)明工作原理為：

當(dāng)太陽(yáng)能輻照透過(guò)蜂窩狀柔性膜層1頂部的透明柔性膜層10時(shí)，蜂窩狀柔性膜層底部的黑色柔性膜層11吸收太陽(yáng)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(gè)蜂窩空間中形成自然對(duì)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(yuǎn)高于外部環(huán)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(guò)柔性浮頂結(jié)構(gòu)的熱損。即使在沒(méi)有太陽(yáng)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(huán)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(guò)柔性浮頂結(jié)構(gòu)的熱損。

當(dāng)水體溫度變化時(shí)，水體內(nèi)伴有氣體析出現(xiàn)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(guò)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(guò)水體排氣管6進(jìn)入人口內(nèi)，向外界環(huán)境中排出多余氣體。另外，在施工安裝過(guò)程中，柔性浮頂?shù)谋貙訒?huì)存有過(guò)多的空氣，當(dāng)保溫層內(nèi)氣體壓力過(guò)大時(shí)，自動(dòng)排氣閥5會(huì)排除過(guò)多的空氣，維持壓力平衡。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

本發(fā)明的低熱損儲(chǔ)熱水體柔性浮頂可以有效降低儲(chǔ)熱池頂部的熱損，從而提高整個(gè)儲(chǔ)熱池的儲(chǔ)熱量。同時(shí)，利用水體排氣管和自動(dòng)排氣閥，平衡系統(tǒng)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(jié)構(gòu)能夠正常工作。同時(shí)，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?shù)恼w重量。