CN101915513B - 多级高能密度储热池 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多级高能密度储热池，包括一级储热池、热介质输送管路、氢气循环输送管路， 所述一级储热池为密闭池体，所述一级储热池内堆放有若干个填充有硝盐的钢球，所述热介质输送管路连接有第一管路转换头，所述第一管路转换头的输出端形成若干根换热管穿设至一级储热池内，所述换热管穿过一级储热池内的若干个填充有硝盐的钢球，所述钢球四周侧面上具有弧形缺口可配合套设于换热管上,该储热池不仅构造设计合理，而且储热效果好。
Description
技术领域
本发明涉及储热装置，特别设计一种多级高能密度储热池。
背景技术
太阳能是一种清洁可再生能源，在所有的可再生能源中，太阳能分布最广，获取最容易。但是太阳能受地理、昼夜和季节等规律性变化的影响以及阴晴云雨等随机因素的制约，能流密度低，通常每平方米不到一千瓦，此外，能量随着时间和天气的变化呈现不稳定性和不连续性。为了保证太阳能利用稳定运行, 就需要储热装置把太阳能储存起来, 在太阳能不足时再释放出来, 以满足生产和生活用能连续和稳定供应的需要。几乎所有用于采暖、供应热水、生产过程用热等的太阳能热利用装置都需要储存热能。
太阳能储存有三层含义，一是将白天接收到的太阳能储存到晚间使用，二是将晴天接收到的太阳能储存到阴雨天气使用，三是将夏天接收到的太阳能储存到冬天使用。现在国内外研究太阳能的储存方法主要有两大类: 第一类是将太阳能直接储存，即太阳能热储存，主要分为三种类型：显热储存、相变储存和化学反应储存；第二类是把太阳能先转换成其他能量形式, 然后再储存。
显热储存
显热储存是利用储热材料的热容量，通过升高或降低材料的温度而实现热量的储存或释放的过程。显热储存原理简单，材料来源丰富，成本低廉，是研究最早，利用最广泛，技术最成熟的太阳能热储存方式。
目前太阳能显热储存有向地下发展的趋势。太阳能的地下显热储存比较适合于长期储存，而且成本低，占地少，因此是一种很有发展前途的储热方式。美国华盛顿地区利用地下土壤储存太阳能用于供暖和提供生活热水，在夏季结束时，土壤温度可以上升至80℃，而在供暖季节结束时，温度降至40℃。此外，地下岩石储存太阳能和地下含水层储存太阳能都得到了广泛的研究。然而，由于显热储存材料是依靠储热材料温度变化来进行热量的储存，放热过程不能恒温，储热密度小，使得储热装置体积庞大，而且与周围环境存在温度差，造成热量损失，热量不能长期储存，不适合长时间、大容量储存热量，限制了显热储存技术的进一步发展。
相变储存
相变储存是利用储热材料在热作用下发生相变而产生热量储存的过程。相变储存具有储能密度高，放热过程温度波动范围小等优点得到了越来越多的重视。
化学反应储存
化学反应储存是利用化学反应的反应热的形式来进行储热，具有储能密度高，可长期储存等优点。用于贮热的化学反应必须满足：反应可逆性好，无副反应；反应迅速；反应生成物易分离且能稳定贮存；反应物和生成物无毒、无腐蚀、无可燃性；反应热大，反应物价格低等条件。
太阳能热储存技术是一项复杂的技术，无论从技术层面和投资成本来看，太阳能热储存技术都是太阳能利用中的关键环节。从现有的研究来看，显热储存研究比较成熟，已经发展到商业开发水平，但由于显热储能密度低，储热装置体积庞大，有一定局限性。化学反应储热虽然具有很多优点，但化学反应过程复杂、有时需催化剂、有一定的安全性要求、一次性投资较大及整体效率仍较低等困难，目前只处于小规模实验阶段，在大规模应用之前仍有许多问题需要解决。
相变储存凭借其优越性吸引着人们对其进行大量的研究，发展势头强劲。然而常规相变材料在实际应用过程中存在的种种问题，诸如无机相变材料的过冷和相分离现象以及有机相变材料的导热率低等问题，严重制约了相变储存技术在太阳能热储存中的应用。现有技术所设计的相变储热池由于承载量的问题最多为600立方米，不能构建大型太阳能储热设施，，降低相变储热的应用成本亦是将相变储存技术大规模应用太阳能热储存前必须解决的一个现实问题。值得高兴的是，近年来，随着纳米复合相变储热材料、定形相变材料和功能热流体等新型相变材料的出现，上述问题有望得到解决。新型相变材料的出现，必将在很大程度上推动相变储存技术在太阳能热储存中的应用。
目前太阳能热发电储热采用导热油（有机或无机）或熔融盐、低熔金属，由于是液态存储，储罐容积只能达到几百立方米，很难满足太阳能热发电的储热量要求。
发明内容
为克服现有技术不足，本发明发明目的是提供一种多级高能密度储热池，该储热池不仅构造设计合理，而且储热效果好。
本发明所述一种多级高能密度储热池，包括一级储热池、热介质输送管路、氢气循环输送管路，所述一级储热池为密闭池体，所述一级储热池内堆放有若干个填充有硝盐的钢球，所述热介质输送管路连接有管路转换头，所述管路转换头的输出端形成若干根换热管穿设至一级储热池内，所述换热管穿过一级储热池内的若干个填充有硝盐的钢球，所述钢球四周侧面上设有用于套设在换热管上的弧形缺口。
所述一级储热池外围套设有二级储热池，所述二级池连接有氢气循环输送管路，所述换热管经一级储热池后，进入二级储热池，所述二级储热池内堆放有若干个填充有硝盐的钢球，所述换热管穿过二级储热池内的若干个填充有硝盐的钢球。
所述一级储热池和二级储热池外围由外向内依次套设有五级储热池、四级储热池、三级储热池，所述换热管穿过二级储热池输出端连接有热介质输送管路，所述热介质输送管路输出端先经过蒸汽发电系统后，再依次穿过三级储热池、四级储热池、五级储热池，所述三级储热池、四级储热池、五级储热池均为密闭池体，所述三级储热池、四级储热池、五级储热池内均充满储热液体。
本发明显著优点在于：
1、一级储热池内装满有硝盐的钢球，不仅能更有利于存储热量，而且在需要大容器的储热池时候，其结构能保证储热池体的承载量，不会因为存储过多储热液而将池体压迫破裂。
2、采用装满有硝盐的钢球储热，可利用硝盐的相变储热，储热密度大，如此用硝盐的相变恒温放热特点可作恒功率输出。
3、结构简单，便于施工安装，用户实施方便。
4、储热池内通入氢气可增强导热效果，储热池内部结构不会氧化。
附图说明
图1为本发明所述多级高能密度储热池构造示意图。
图2为图1A一级储热池内部局部构造透视图。
图3为本发明所述多级高能密度储热池储热过程示意图。
图4为本发明所述多级高能密度储热池放热过程示意图。
1-一级储热池、2-热介质输送管路、3-氢气循环输送管路、4-钢球、5-管路转换头、6-换热管、7-二级储热池、8-三级储热池、9-四级储热池、10-五级储热池、11-倒流阀、12-蒸汽发电系统。
具体实施方式
现结合说明书附图1介绍本发明所述的多级高能密度储热池具体实施方式：包括一级储热池1、热介质输送管路2、氢气循环输送管路3，所述一级储热池1为密闭池体，所述一级储热池1内堆放有若干个填充有硝盐的钢球4，所述热介质输送管路2连接有管路转换头5，所述管路转换头5的输出端形成若干根换热管6穿设至一级储热池1内，所述换热管6穿过一级储热池1内的若干个填充有硝盐的钢球4，所述钢球4四周侧面上设有用于套设在换热管6上的弧形缺口。
所述一级储热池1外围套设有二级储热池7，所述二级池连接有氢气循环输送管路3，所述换热管6经一级储热池1后，进入二级储热池7，所述二级储热池7内堆放有若干个填充有硝盐的钢球4，所述换热管6穿过二级储热池7内的若干个填充有硝盐的钢球4。
所述一级储热池1和二级储热池7外围由外向内依次套设有五级储热池10、四级储热池9、三级储热池8，所述换热管6穿过二级储热池7输出端连接有热介质输送管路2，所述热介质输送管路2输出端先经过蒸汽发电系统12后，再依次穿过三级储热池8、四级储热池9、五级储热池10，所述三级储热池8、四级储热池9、五级储热池10均为密闭池体，所述三级储热池8、四级储热池9、五级储热池10内均充满储热液体。
本发明工作过程如下：
一、如图3所示储热过程高温蒸汽通过热介质输送管路2穿过一级储热池1、二级储热池7期间，同时向一级储热池1和二级储热池7内通入氢气提高导热使换热管6与一级储热池1和二级储热池7内的钢球4传热，再经过钢球4将热量导入钢球4内的硝盐中进行热存储，热介质输送管路先经过蒸汽发电系统再通过三级储热池8、四级储热池9、五级储热池10逐级冷凝并同时储热；
二、如图4所示放热过程热介质输送管路2在二级储热池7后的管路上安装有导流阀11，当需要应用储热池内的能量时候，热介质输送管路2从五级储热池10、四级储热池9、三级储热池8逐级向高温储热的二级储热池7和一级储热池1回流冷凝水，再变为蒸汽加以利用。
5PJ（1015J）五级储热池主要技术参数如下两表格:
本发明不限于上述实施方式，对于本领域普通技术人员而言，对上述实施方式所做出的任何显而易见的改进或变更，都不会超出本发明的构思和所附权利要求的保护范围。
Claims (2)
1.一种多级高能密度储热池，包括一级储热池、热介质输送管路、氢气循环输送管路，其特征在于：所述一级储热池为密闭池体，所述一级储热池内堆放有若干个填充有硝盐的钢球，所述热介质输送管路连接有管路转换头，所述管路转换头的输出端形成若干根换热管穿设至一级储热池内，所述换热管穿过一级储热池内的若干个填充有硝盐的钢球，所述钢球四周侧面上设有用于套设在换热管上的弧形缺口，所述一级储热池外围套设有二级储热池，所述换热管经一级储热池后，进入二级储热池，所述一级储热池和二级储热池外围由外向内依次套设有五级储热池、四级储热池、三级储热池，所述换热管穿过二级储热池的输出端连接有热介质输送管路，所述热介质输送管路输出端先经过蒸汽发电系统后，再依次穿过三级储热池、四级储热池、五级储热池，所述三级储热池、四级储热池、五级储热池均为密闭池体，所述三级储热池、四级储热池、五级储热池内均充满储热液体，所述二级储热池连接有氢气循环输送管路。
2.根据权利要求1所述的多级高能密度储热池，其特征在于：所述二级储热池内堆放有若干个填充有硝盐的钢球，所述换热管穿过二级储热池内的若干个填充有硝盐的钢球。
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