CN101311642A - 光-电和风-电的电-热转换共贮与连续恒温利用 - Google Patents

Abstract

一种机构简单、功能可靠、可长期安全运转的电能贮存与连续供应装置。将光－电和风－电等不稳定电流并联接入镍铬钢管中，自动贮能与用能同时进行，实现电—热转换以及热能的贮存和连续稳定供给。镍铬钢管是电—热转换器件，又是固—气，液—气和气—气的热交换器。有两种形式：将镍络钢管做成“U”形，埋入地下的贮热介质砾、砂、土中，“U”形管的直立部分上端为空气的进、出口，并兼作电极，其下部则平埋；将镍铬钢管做成盘管并置于耐高温、大热容量的液体贮热介质中。可以很方便地实现光—电、风—电和低谷电等的贮存和利用。适用于太阳能和风能对居室和温室供热、干燥加热以及温差发电，可适用于任何海、陆环境，不受电网限制。

Description

光-电和风-电的电-热转换共贮与连续恒温利用

本发明属于光-电和风-电等的贮能技术。可再生能源太阳能与风能的最大缺点是供给强度随时间而变化，风在强度大到一定风级时还不得不停止发电。太阳能和风能的这种缺点，使它们在实用上受到限制。目前，补救这缺点的措施是将它们转换成交流电能并网或以蓄电池贮存，或将电能转换成热能然后将热能贮于水或固体贮热材料。这三类贮存方式的共同缺点是必须经过能量状态转换，在取用贮存的能量时，还要经过转换，这正逆两过程都必需专用设备，也存在能量损耗问题，且在贮存和取用的变换过程能量流中断。电流并网的先决条件是离当地电网近，这在海洋和多数荒漠山区就无法实施。本发明能全面克服这三类贮能方式的缺点，做到能量流的贮存与取用连续、稳定，不用复杂设备，不受环境限制，而且保证有最高的能量利用效率。本技术将镍铬钢管埋于地下，以钢管周围砂砾为贮热介质；以镍铬钢管作为电-热转换器件，光-电或风-电流经镍铬钢管时，此钢管的高电阻使电能转换成热能。加热了的钢管，为流经其内部的空气加热，产生的热气流可供任何需要热能的场所(干燥车间、高温灭菌或蒸煮工艺，也可供采暖和多功能温室使用，也可在无阳光时供给温差发电装置)；还为其管外空间加热，将热量贮于管外的介质中。管外贮热介质，在表土较厚但场地较广的条件下，可用砾石和干砂。砾石放置在紧贴钢管外一圈的位置，砾径由大(＞50mm)到小(约2mm)放在钢管外周边，小砾石周边之外，堆放经分选的干砂(粒径1.5mm左右)。如此放置砾石和砂子，是为了砾、砂颗粒之间有较多的连通的孔隙。当钢管通电产热时，砾和砂能将热量由管边传向四周，而颗粒间的空气受热膨胀会以更快的速度流向更远的地下空间，它将热量带传远处。当钢管无电流时，已加热了的管外砾石和空气向管子壁供热，使管内的空气从管外介质(砾、砂和空气)获得热量，由于砂、砾的热容量为空气的3000-4000倍，所以，在一定时间内将以相同的温度供应热空气。这时，钢管外的热固体和气体为流动于钢管内的冷空气加热，钢管又成了固-气和气一气热交热器，且效率很高。为节省占地和减小埋深，这镍铬钢管可做成“U”字形。说明书附图1(左)为“U”形钢管的俯视图，附图1(右)为侧视图。图中1、2为“U”形钢管的竖直部分。1为钢管进气口，它与可调速的空气泵连接；它还是风力发电或光伏发电的接线柱。2为“U”形钢管的排气口，热空气可经它送传各种用热场所；它还是风-电或光-电输出的另一接线柱。只要场地足够大，1和2管段的间距尽可能大，它们的间距越大贮热能空间越大，这贮热用热装置能稳定供热的天数越多。1和2管段的垂直长度，取2m左右。3为“U”形钢管的水平部分。“U”形钢管的总长度(即1——3——2)和其断面积大小，应与光-电和风-电的输出的最小电能相匹配。4为钢管周围的砾石层。5为砾石外围的大致等粒径的砂层。6为未经筛分的一般沙土。7为保温材料层。8为混凝土地面，其功能是防止热空气流失；防止空气过热从而压力过大时地面开裂甚至爆炸；防止雨水渗入地下(这会使砂、砾层潮湿、导电)。9为弹簧式安全阀，当地下温度过高、空气体积膨胀、压力骤增超过混凝土地面的设计抗压强度之前，弹簧受压缩而放气降压。10为绝缘板(墙)，防止1和2之间的短路。当绝缘有保证时，也可不设此绝缘板。

在海洋或船载，或场地狭小，或土层很薄的条件下，埋“U”形管有困难，可改为以下实施方式(附图2)：用钢筋混凝土制一个大圆桶1(外加保温层)。其内充满液体贮热介质。其顶部按装有空气泵2。其上有高效复合光伏电池板3(它由高效采集太阳光的光导块——详见太阳能立面高效采集与全方位传输技术，专利号200610104321.1——和光伏电池板组成)。4为镍铬钢管制的盘管。5和6为其两端。5为进气口，接受由空气泵输入的空气，也是电源的接线柱。6为排气口，经由它将热空气送至使用场所，也是电源的另一接线柱。7为风力发电机。光-电和风-电并联接在5和6上，构成一个回路，电流流经镍铬钢管5——4——6，转换成热能，将钢管内的空气加热，也向钢管外的贮热介质加热(贮热)。当风电或光电很弱或没有时，钢管外贮热介质通过钢管向管内空气加热(自动反向传热)。贮热介质可选用化学性稳定、受热不分解，几百摄氏度也不燃烧的矿物油。8为控温仪，它根据设定的排气温度和在排气口6测得的实时温度之差，调整空气泵2的电机的转速，转速大，管内空气流速大，空气在盘管内受热时间跨度少，排出的空气温度下降；转速小，排出的空气温度上升。9为太阳能蓄电池，在无阳光也无风时，由它为空气泵供电力。

电是不可直接贮存的商品，所以其使用价值和价格随社会上用户的需求而变化，产生每天用电的高峰和低谷。目前贮谷电的方法是用它提升水位，贮存于水的位能；或将介质加温或制冷，贮热能于介质等。这些方法也存在电能转换需设备、场地，存在效率问题。本技术也适用于用电低谷时的电能的贮存。

本发明适用于所有上述需要贮用电能的领域，特别是为沙漠生态灾害防治和台风灾害防治中使用太阳能和风能的贮存和转换。

Claims (7)

1、将不稳定、不连续的光-电和风-电的能量经电——热转换，实现贮存和连续稳定供热的装置，其特征是：

a、以镍铬钢管作为电——热转换器件；

b、以镍铬钢管内腔直接实现固——气热交换；

c、以镍铬钢管外侧空间作为贮热空间，并以此空间的固体、液体和气体作为贮热介质；

d、以镍铬钢管为传热介质，实现管外到管内的固——气、液——气和气——气的热交换，实现热的逆向传导和利用；

e、在电源有、无和大小改变时，热量的供应是连续和稳定的，是自动完成的。

2、根据权利要求1所述特征，将镍铬钢管做成“U”形，埋于经分选的砾、砂和一般沙土中。

3、根据权利要求1所述特征，“U”管上方铺隔热层和做混凝土地面，设安全阀。

4、根据权利要求1所述特征，将镍铬钢管做成盘管。盘管置于充满耐热、绝缘的液体贮热介质的钢筋混凝土圆桶之中。

5、根据权利要求1所述特征，通过高定温度，测量排气口温度，根据这两者之差调控空气泵的电机转速，达到输出的气体温度稳定于设定温度。

6、根据权利要求1所述特征，可将1～几种不稳定电源的电流并联接入同一镍铬钢管回路中，一起实现电——热转换。

7、根据权利要求1所述特征，根据用热要求，输出设定温度的热空气。

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