CN102168848A - 一种直接产生蒸汽的高温混凝土储热器 - Google Patents

Abstract

一种直接产生蒸汽的高温混凝土储热器，包括充热和放热两套相互独立的管道，采用两种传热流体进行充热和放热。充热管(7)和竖直放热管(9)均埋置于高温混凝土储热块(8)中，呈平行交叉排列。放热过程中，竖直放热管(9)中的水(12)被加热直接产生饱和蒸汽(14)，并依靠重力作用进入汽水分离母管(15)中，经蒸汽出口管(11)排出送到过热设备过热。本发明储热器在放热过程的第一阶段，蒸汽出口阀(10)关闭，此时竖直放热管(9)内的换热方式为自然对流换热。在放热过程第二阶段，蒸汽出口阀(10)开启，竖直放热管(9)内的换热方式为强迫对流换热。本发明的充热与放热过程同时进行或单独进行。本发明还可串联运行。

Description

一种直接产生蒸汽的高温混凝土储热器

技术领域

本发明涉及一种高温储热器，特别涉及使用高温混凝土作为储热材料的直接产生蒸汽的储热器。

背景技术

太阳能热发电站通常包括4个部分：聚光系统、吸热系统、储热系统以及热功转换系统，其中储热系统是太阳能热发电站实现大规模商业化运行的关键部分。按储热原理划分，储热分为显热储热、潜热储热和化学反应储热三种主要形式，其中显热储热由于技术简单成熟，成本较低，因此在太阳能热发电系统中应用最为广泛。潜热储热的单位体积热容量较大，相变时温度基本保持不变，是目前研究最多的储热方式，但潜热储热在换热器的设计及储热材料的选择上存在较大困难，而且经多次循环后储热材料的相变性能会发生退化，因而在太阳能电站中尚未得到应用。化学反应储热由于技术较为复杂，成本较高，工业上尚无大规模应用实例。用于太阳能热发电站中的显热储热材料包括液体材料(如水，导热油和熔融盐等)和固体材料(如铸铁、铁矿石、卵石、砂石、陶瓷，高温混凝土等)。熔融盐具有较强的腐蚀性，对储热系统中的换热管道有非常强的破坏性，同时熔融盐的凝固温度较高，需要增加额外的设施防止熔融盐凝固，提高了系统的成本。导热油由于使用温度限制，无法用于400℃以上温度的热量储存，且工质造价和系统成本均较高，大规模应用的经济性不佳。高温混凝土具有高温性能稳定、投资成本低、运行维护方便、使用寿命长等优点，具有广阔的应用前景。国内外已开展了诸多高温混凝土储热技术方面的研究，中国专利CN200610112004.4提出将热管埋置于混凝土储热块中，热管的冷热端分别浸入冷热流体池中，利用热管为混凝土储热块进行充放热。中国专利CN200910272709.6提出了一种新的混凝土储热块管道布置方式，其换热管道的按正方形排列，并从混凝土储热材料的制备方面提出了提高混凝土材料热传导率的材料配方及浇注方法。美国专利US20090294092提出在以导热油为传热工质的混凝土蓄热器的换热钢管外涂上一层低熔点的涂料，解决混凝土与换热钢管热膨胀率不匹配的问题。德国专利DE102009036550将混凝土浸泡在一种传热工质中，充放热管路中的流体通过换热钢管以及传热工质与混凝土储热块进行热交换，该蓄热器的特点是拆卸方便，同时可有效避免换热钢管与混凝土储热块间出现开裂的问题。这些关于混凝土储热专利均采用充热流体和放热流体为同一工质的储热系统，需要另设蒸汽发生器以产生蒸汽，使得系统较为复杂，系统热效率较低，成本较高。

发明内容

本发明的目的是克服现有高温混凝土储热系统充热与放热过程使用同一工质的不足，提供一种结构简单，成本低廉的可直接产生蒸汽的高温混凝土储热器。本发明采用高温混凝土作为储热材料，工作温度为400-600℃。充热流体可以为熔融盐、导热油、高压水、过热蒸汽等工质，放热流体为水/蒸汽，可以直接产生蒸汽，储热器可实现充热与放热过程同时运行和充热、放热过程单独运行。

本发明的高温混凝土储热器包括高温混凝土储热块、充热管路和放热管路。充热管路和放热管路相互独立，采用两种不同的传热流体进行充热和放热。

所述的高温混凝土储热块由高温混凝土材料浇注而成，是高温混凝土储热器的主体部分，位于储热器的中心位置。

所述的高温混凝土储热器包括充热和放热两套相互独立的管路，采用两种不同的传热流体进行充热和放热。所述的充热管路主要由充热管组成，充热管水平埋置于高温混凝土储热块中，呈正三角形排列。充热管可以是金属管、陶瓷管或预成型的高温混凝土流道，充热流体可以是熔融盐、导热油、高压水、过热蒸汽等。放热管路由给水管、给水阀、给水泵、给水进口阀、水进口管、放热循环管、竖直放热管、蒸汽出口阀、蒸汽出口管、汽水分离母管、循环水泵、回流水罐、回流进口管、回流进口阀、回流出口管、回流出口阀等部件组成。汽水分离母管安装于高温混凝土储热块的顶部，竖直放热管竖直埋置于高温混凝土储热块中，与充热管呈平行交叉排列，放热循环管位于高温混凝土储热块的左侧，与竖直放热管的一端相连。竖直放热管和放热循环管的另一端与汽水分离母管的底部相连，形成连通的U型管。竖直放热管和放热循环管为承压钢管，放热流体为水/蒸汽。循环水泵位于放热循环管的中部，通过放热循环管与汽水分离母管相连。蒸汽出口管位于汽水分离母管的顶部，通过蒸汽出口阀与汽水分离母管相连。水进口管与汽水分离母管的底部相连，放热流体水依次经过给水管、给水阀、给水泵、给水进口阀、水进口管后进入到汽水分离母管中。回流进口管位于回流水罐的顶部，通过回流进口阀与放热循环管的底部相连，回流出口管位于回流水罐的底部，通过回流出口阀与给水泵相连。

本发明的储热方法是将储热器的放热过程分为两个阶段，在放热过程的第一阶段，蒸汽出口阀关闭，此时竖直放热管内的换热方式为自然对流换热。当太阳能热发电站的发电系统需要饱和蒸汽时，放热过程进入第二阶段，此时蒸汽出口阀开启，竖直放热管内的换热方式为强迫对流换热。该储热方法可以实现充热与放热过程同时进行和充热、放热过程单独进行两种运行模式。

本发明高温混凝土储热器中充热管水平放置呈正三角形排列，有利于充热过程中高温混凝土储热块内部温度的均匀化。竖直放热管呈竖直放置，利用重力实现水与蒸汽的分离，同时也利于管道内壁的清洗和排污，避免管道中因汽化而导致的换热表面传热恶化。埋置于高温混凝土储热块中的充热管和竖直放热管，可以在径向加装散热翅片，以提高储热系统的充热和放热速度，同时保证高温混凝土储热块内部温度分布均匀。竖直放热管之间，可以用水平管道连接，或者将竖直放热管按蛇形排列，以增加竖直放热管与高温混凝土储热块之间的换热面积。汽水分离母管与放热循环管和竖直放热管连接形成U型管，保证整个放热过程中竖直放热管中始终有水与高温混凝土换热。放热循环管的下部安装有回流水罐，可以在储热器充热过程中使竖直放热管中的水靠重力作用流回到回流水罐中，防止充热过程中汽水分离母管中的压力增大。放热过程中，充热管中的充热流体不必排空，可以作为储热介质的一部分，在储热器的放热过程中将自身储存的热量释放，有效利用放热过程中充热管中的闲置空间，提高整个储热器的效率。该储热方法采用自然对流换热与强迫对流换热相结合的方式进行放热，储热器在放热过程的第一阶段采用自热对流换热的方式进行放热，当放热过程进入第二阶段时采用强迫对流换热的方式进行放热。放热过程中，竖直放热管内的放热流体水被加热直接产生饱和蒸汽。该储热器及储热方法既充分利用了高温混凝土储热材料热传导率较低的特点，提高了储热器的放热速率，同时又减少了完全依靠强迫对流换热时给水泵的功耗，降低了储热系统的运行成本。

本发明的高温混凝土储热器可以根据需要将多个储热器并联或者串联使用，当前一级储热器的高温混凝土储热块的温度降低到无法产生蒸汽时，可以作为下一级储热器的预热器继续使用，最大限度的利用存储的能量，提高整个储热系统的效率。

以下分别说明本发明直接产生蒸汽的高温混凝土储热器在充热和放热过程中的工作原理。

充热过程：汽水分离母管、放热循环管和竖直放热管中的水靠重力作用流入回流水罐中，同时充热流体在泵的作用下从充热管的左边入口进入充热管中，与高温混凝土储热块进行对流换热，高温混凝土储热块吸收热量温度升高，充热流体放出热量温度降低，并从充热管的右边出口流出。当充热管出口处的高温混凝土储热块的温度达到设定值时，充热过程结束。

放热过程：充热过程结束后，储热器进入放热过程的第一阶段，此时发电系统不需要饱和蒸汽，蒸汽出口阀关闭。回流水罐和给水管中的水通过给水泵进入汽水分离母管、放热循环管和竖直放热管中。竖直放热管中的水与高温混凝土储热块进行自然对流换热，吸收高温混凝土储热块中的热量，温度升高。当竖直放热管管壁上水的温度达到饱和温度时，管壁上产生气泡(饱和蒸汽)。饱和蒸汽靠重力作用，沿着竖直放热管上升，进入汽水分离母管中。汽水分离母管中的水通过放热循环管进入竖直放热管中补充被加热变为饱和蒸汽的放热流体。

当发电系统需要饱和蒸汽时，储热器进入放热过程的第二阶段。此时，打开蒸汽出口阀，将放热过程第一阶段产生的饱和蒸汽通过蒸汽出口管排出。如果此时高温混凝土储热块的温度仍高于水的饱和温度，则通过循环水泵使水在汽水分离母管、放热循环管和竖直放热管中循环。竖直放热管中的水与高温混凝土储热块进行强迫对流换热，吸收高温混凝土储热块中的热量，温度升高最终变为饱和蒸汽，并通过蒸汽出口管排出。当高温混凝土储热块的温度降低到水的饱和温度以下时，储热器的放热过程结束。

基于上述优点，本发明涉及的直接产生蒸汽的高温混凝土储热器及储热方法，适合于以高温混凝土为储热材料，充热和放热过程采用不同传热流体的储热系统，尤其适用于放热流体为水/蒸汽的储热系统，在太阳能中高温热发电及其它需要存储高温热能的工业应用领域具有广阔的应用前景。

附图说明

图1本发明直接产生蒸汽的高温混凝土储热器示意图；

图2本发明直接产生蒸汽的高温混凝土储热器左视图；

图3本发明换热管为翅片式换热管的高温混凝土储热块示意图；

图4本发明竖直放热管具有水平连接管的高温混凝土储热块示意图；

图5本发明竖直放热管为蛇形排列的高温混凝土储热块示意图；

图6本发明高温混凝土储热器串联运行的储热系统示意图；

图中：1给水管、2给水阀、3给水泵、4给水进口阀、5水进口管、6放热循环管、7充热管、8高温混凝土储热块、9竖直放热管、10蒸汽出口阀、11蒸汽出口管、12水、13充热流体、14饱和蒸汽、15汽水分离母管、16循环水泵、17回流水罐、18回流进口管、19回流进口阀、20回流出口管、21回流出口阀、22散热翅片、23放热管水平连接管、24蛇形放热管、25串联连接管、26预热水进口阀。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

如图1所示的本发明直接产生蒸汽的高温混凝土储热器，由给水管1、给水阀2、给水泵3、给水进口阀4、水进口管5、放热循环管6、充热管7、高温混凝土储热块8、竖直放热管9、蒸汽出口阀10、蒸汽出口管11、水12、充热流体13、饱和蒸汽14、汽水分离母管15、循环水泵16、回流水罐17、回流进口管18、回流进口阀19、回流出口管20、回流出口阀21组成。高温混凝土储热块8由高温混凝土材料浇注而成，是高温混凝土储热器的主体部分，处于储热器的中心位置。

本发明高温混凝土储热器包括充热和放热两套相互独立的管路，采用两种不同的传热流体进行充热和放热。充热管路主要由充热管7组成，充热管7水平埋置于高温混凝土储热块8中，呈正三角形排列。充热管7可以是金属管、陶瓷管或预成型的高温混凝土流道，充热流体13可以是熔融盐、导热油、高压水、过热蒸汽等。放热管路由给水管1、给水阀2、给水泵3、给水进口阀4、水进口管5、放热循环管6、竖直放热管9、蒸汽出口阀10、蒸汽出口管11、汽水分离母管15、循环水泵16、回流水罐17、回流进口管18、回流进口阀19、回流出口管20、回流出口阀21等部件组成。汽水分离母管15安装于高温混凝土储热块8的顶部，竖直放热管9竖直埋置于高温混凝土储热块8中，与充热管7呈平行交叉排列。放热循环管6位于高温混凝土储热块8的左侧，与竖直放热管9的一端相连。竖直放热管9和放热循环管6的另一端与汽水分离母管15的底部相连，形成连通的U型管。竖直放热管9和放热循环管6为承压钢管，放热流体为水12。循环水泵16位于放热循环管6的中部，通过放热循环管6与汽水分离母管15相连。蒸汽出口管11位于汽水分离母管15的顶部，通过蒸汽出口阀10与汽水分离母管15相连。水进口管5与汽水分离母管15的底部相连，放热流体水12依次经过给水管1、给水阀2、给水泵3、给水进口阀4、水进口管后5进入到汽水分离母管15中。回流进口管18位于回流水罐17的顶部，通过回流进口阀19与放热循环管6的底部相连，回流出口管20位于回流水罐17的底部，通过回流出口阀21与给水泵3相连。高温混凝土储热器中的汽水分离母管15、放热循环管6、高温混凝土储热块8、竖直放热管9、蒸汽出口阀10、蒸汽出口管11进行保温和防泄漏处理。

下面结合图1和图2说明本发明直接产生蒸汽的高温混凝土储热器的实施例。

充热与放热过程单独进行的运行方式：

该运行方式中，放热管路中的水12在储热器充热开始前需要排空，当储热器充热过程结束，放热过程进入第一阶段时再通过给水泵3加入到放热管路中，并与高温混凝土储热块8进行自然对流换热，吸收高温混凝土储热块8中的热量。

在充热开始前，打开回流进口阀19，使汽水分离母管15、放热循环管6以及竖直放热管9中的水12依靠重力作用流入回流水罐17中。放热管路中的水排干后，关闭回流进口阀19。

充热时，充热流体13在泵的作用下从充热管的左边入口进入充热管7中，经对流换热将热量传递给高温混凝土储热块8，高温混凝土储热块8吸收热量后温度升高，充热流体13放出热量，温度降低，并从充热管的右边出口流出。当充热管7出口处的高温混凝土储热块8的温度达到设定值时，充热过程结束。

充热过程完成后，储热器进入放热过程的第一阶段。充热管7中的充热流体13不排空，仍然留在充热管7内，作为储热介质的一部分。打开给水阀2、给水进口阀4和回流出口阀21，将给水管1和回流水罐17中的水12通过给水泵3经水进口管5泵入汽水分离母管15、放热循环管6以及竖直放热管9中，关闭给水阀2、给水进口阀4和回流出口阀19。在放热过程的第一阶段，竖直放热管9中的水12与高温混凝土储热块8进行自然对流换热，吸收高温混凝土储热块8中的热量，温度升高。当竖直放热管9中的水12的温度高于饱和温度时，汽化产生饱和蒸汽14，饱和蒸汽14依靠重力作用，沿着竖直放热管9上升，进入汽水分离母管15中。汽水分离母管15中的水12通过放热循环管6流入竖直放热管9中以补充被加热变为饱和蒸汽14的水12。当发电系统需要高温饱和蒸汽14时，储热器进入放热过程的第二阶段，打开蒸汽出口阀10，放热过程的第一阶段产生的饱和蒸汽14经蒸汽出口管11进入过热设备过热，供汽轮机使用。

储热器在放热过程的第二阶段中，如果高温混凝土储热块8的温度仍然高于水12的饱和温度，则启动循环水泵16，使水12在汽水分离母管15、放热循环管6和竖直放热管9中循环流动。竖直放热管9中的水12与高温混凝土储热块8进行强迫对流换热，吸收高温混凝土储热块8中的热量，温度升高，最终变为饱和蒸汽14进入汽水分离母管15中，并通过蒸汽出口管11排出，为过热设备提供高品质的饱和蒸汽。当高温混凝土储热块8的温度降低到水12的饱和温度以下时，储热器的放热过程结束。

此运行方式主要应用于太阳辐照度较高，储热系统将电站产生的部分热量储存起来以便需要时使用。

充热与放热过程同时进行时的运行方式：

该运行方式中，放热管路中的水12在储热器充热过程中不排空，在高温混凝土储热块8充热的过程中即开始与高温混凝土储热块8进行自然对流换热，吸收高温混凝土储热块8中的热量，此时储热器的充热过程与放热过程的第一阶段同时进行。充热时，充热流体13在泵的作用下进入充热管7中，经对流换热将热量传递给高温混凝土储热块8，高温混凝土储热块8吸收热量后温度升高，充热流体13放出热量，温度降低。高温混凝土储热块8的热量经热传导作用传递给竖直放热管9中的水12，水12被加热后温度升高，当水12温度高于饱和温度时，汽化产生饱和蒸汽14，饱和蒸汽14依靠重力作用，沿着竖直放热管9上升，进入汽水分离母管15中，汽水分离母管15中的水12通过放热循环管6流入竖直放热管9中以补充被加热变为饱和蒸汽14的工质减少。此时，储热器既有充热流体13通过强迫对流换热为高温混凝土储热块8充热，同时水12通过自然对流换热对高温混凝土储热块8进行放热，产生饱和蒸汽14。当系统需要饱和蒸汽时，可以随时打开蒸汽出口阀10将产生的饱和蒸汽14通过蒸汽出口管11送入过热设备过热，供汽轮机使用。如果产生的饱和蒸汽不能满足要求时，启动循环水泵16，使水12在汽水分离母管15、放热循环管6和竖直放热管9中循环流动。竖直放热管9中的水12与高温混凝土储热块8进行强迫对流换热，吸收高温混凝土储热块8中的热量，温度升高，最终变为饱和蒸汽14进入汽水分离母管15中，并通过蒸汽出口管11排出，为过热设备提供高品质的饱和蒸汽。当充热管7出口处的高温混凝土储热块8的温度达到设定值时，充热过程结束；当高温混凝土储热块8的温度降低到水12的饱和温度以下时，储热器的放热过程结束。

本运行方式主要应用于短时云层的遮挡，使得输入到系统中的太阳辐射能量发生变化的情况，储热系统为发电系统提供缓冲，避免蒸汽参数的波动对汽轮机的影响。

图3为换热管为翅片式换热管的高温混凝土储热块示意图，采用与图1相同的储热器结构，充热管7和竖直放热管9的外管壁上安装有针形、柱形或条形等散热翅片22，其目的是增加换热管道与高温混凝土之间的接触面积，提高混凝土储热器充热和放热过程的传热速率。

图4为竖直放热管具有水平连接管的高温混凝土储热块示意图，采用与图1相同的储热器结构，在竖直放热管9之间安装放热管水平连接管23，可以增加水12与竖直放热管9之间的换热面积，提高放热过程的传热速率。

图5为竖直放热管为蛇形排列的高温混凝土储热块示意图，采用与图1相同的储热器结构，蛇形放热管24代替竖直放热管9，可以增加水12与蛇形放热管24之间的换热面积，提高放热过程的传热速率。

如图6所示为高温混凝土储热器串联运行的储热系统示意图。储热器串联运行时，将两个储热器的汽水分离母管15-1和15-2通过串联连接管25和预热水进口阀26连接，后一级储热器的回流出口管20-2经过回流出口阀21-2后与前一级储热器的回流出口管20-1相连。此时，两个串联的储热器共用一套给水管1、给水阀2、给水泵3、给水进口阀4、水进口管5。将储热器串联运行可以更有效的利用高温混凝土储热块8中存储的热量，提高储热系统的效率。

下面结合图1和图6来说明储热器串联运行时的实施例。

储热器串联运行时，前一级储热器在充热和放热过程中，关闭预热水进口阀26，使两个储热器相互独立。此时，前一级储热器的充热和放热过程与图1所述的过程基本相同，可以根据储热系统在太阳能热发电系统中的作用，分别采用图1中的充热与放热过程单独进行和充热与放热过程同时进行两种运行方式。在放热过程结束时，高温混凝土储热块8-1的温度降低到水12-1的饱和温度以下，竖直放热管9-1内不再产生饱和蒸汽。此时，打开蒸汽出口阀10-1将放热过程中产生的饱和蒸汽14-1排出，打开给水进口阀4，给水泵3将水12-1泵入汽水分离母管15-1中，之后关闭给水进口阀4，启动循环水泵16-1，使水12-1在放热循环管6-1、竖直放热管9-1和汽水分离母管15-1中循环流动，通过强迫对流换热吸收高温混凝土储热块8-1中剩余的热量。当水12-1达到一定温度(如200℃)后，打开预热水进口阀25将预热后的水12-1通过串联连接管24加入到后一级储热器的汽水分离母管15-2中，为后一级储热器提供预热的水12-2。这样既可以最大限度的利用混凝土储热块中存储的热量，又可以提高系统的放热时间。

Claims (10)

1.一种直接产生蒸汽的高温混凝土储热器，其特征在于，所述的储热器包括高温混凝土储热块(8)、充热管路和放热管路；充热管路和放热管路相互独立，采用两种不同的传热流体进行充热和放热；所述的高温混凝土储热块(8)由高温混凝土材料浇注而成，处于储热器的中心位置；所述的充热管路由充热管(7)组成，充热管(7)水平埋置于高温混凝土储热块(8)中，呈正三角形排列；充热管(7)内充有充热流体(13)；放热管路由给水管(1)、给水阀(2)、给水泵(3)、给水进口阀(4)、水进口管(5)、放热循环管(6)、竖直放热管(9)、蒸汽出口阀(10)、蒸汽出口管(11)、汽水分离母管(15)、循环水泵(16)、回流水罐(17)、回流进口管(18)、回流进口阀(19)、回流出口管(20)、回流出口阀(21)组成；汽水分离母管(15)安装于高温混凝土储热块(8)的顶部，竖直放热管(9)竖直埋置于高温混凝土储热块(8)中，与充热管(7)呈平行交叉排列；放热循环管(6)位于高温混凝土储热块(8)的左侧，与竖直放热管(9)的一端相连；竖直放热管(9)和放热循环管(6)的另一端与汽水分离母管(15)的底部相连，形成连通的U型管；竖直放热管(9)和放热循环管(6)为承压钢管，放热流体为水(12)；循环水泵(16)位于放热循环管(6)的中部，通过放热循环管(6)与汽水分离母管(15)相连；蒸汽出口管(11)位于汽水分离母管(15)的顶部，通过蒸汽出口阀(10)与汽水分离母管(15)相连；水进口管(5)与汽水分离母管(15)的底部相连，水(12)依次经过给水管(1)、给水阀(2)、给水泵(3)、给水进口阀(4)、水进口管(5)后进入到汽水分离母管(15)中；回流进口管(18)位于回流水罐(17)的顶部，通过回流进口阀(19)与放热循环管(6)的底部相连，回流出口管(20)位于回流水罐(17)的底部，通过回流出口阀(21)与给水泵(3)相连。

2.根据权利要求1所述的直接产生蒸汽的高温混凝土储热器，其特征在于所述的充热流体(13)为熔融盐、导热油、高压水或过热蒸汽。

3.根据权利要求1所述的直接产生蒸汽的高温混凝土储热器，其特征在于所述的充热管(7)为钢管，陶瓷管或者预成型的高温混凝土流道。

4.根据权利要求1所述的直接产生蒸汽的高温混凝土储热器，其特征在于所述的充热管(7)和竖直放热管(9)的外管壁上安装有针形、柱形或条形散热翅片(22)。

5.根据权利要求1所述的直接产生蒸汽的高温混凝土储热器，其特征在于所述的竖直放热管(9)之间安装放热管水平连接管(23)。

6.根据权利要求1所述的直接产生蒸汽的高温混凝土储热器，其特征在于所述的竖直放热管(9)用蛇形放热管(24)代替。

7.根据权利要求1所述的直接产生蒸汽的高温混凝土储热器，其特征在于所述的储热器串联运行：前后两级储热器共用一套给水管(1)、给水阀(2)、给水泵(3)、给水进口阀(4)和水进口管(5)，前一级的储热器放热后，作为后一级储热器的预热器使用。

8.根据权利要求1所述的直接产生蒸汽的高温混凝土储热器，其特征在于所述的储热器的充热过程与放热过程同时运行或单独运行。

9.根据权利要求8所述的直接产生蒸汽的高温混凝土储热器，其特征在于所述的充热过程中，汽水分离母管(15)、放热循环管(6)和竖直放热管(9)中的水(12)靠重力作用流入回流水罐(17)中，同时充热流体(13)进入充热管(7)中，与高温混凝土储热块(8)进行对流换热，高温混凝土储热块(8)吸收热量温度升高，充热流体(13)放出热量温度降低；当充热管(7)出口处的高温混凝土储热块(8)的温度达到设定值时，充热过程结束。

10.根据权利要求8所述的直接产生蒸汽的高温混凝土储热器，其特征在于当所述的充热过程结束后，所述的储热器进入放热过程的第一阶段，此时发电系统不需要饱和蒸汽，蒸汽出口阀(10)关闭；回流水罐(17)和给水管(1)中的水(12)通过给水泵(3)进入汽水分离母管(15)、放热循环管(6)和竖直放热管(9)中；竖直放热管(9)中的水(12)与高温混凝土储热块(8)进行自然对流换热，吸收高温混凝土储热块(8)中的热量，温度升高；当竖直放热管(9)管壁上水(12)的温度达到饱和温度时，管壁上产生饱和蒸汽(14)，饱和蒸汽(14)靠重力作用，沿着竖直放热管(9)上升，进入汽水分离母管(15)中；汽水分离母管(15)中的水(12)通过放热循环管(6)进入竖直放热管(9)中补充被加热变为饱和蒸汽(14)的放热流体；

当发电系统需要饱和蒸汽时，所述的储热器进入放热过程的第二阶段，此时，打开蒸汽出口阀(10)，将放热过程第一阶段产生的饱和蒸汽(14)通过蒸汽出口管(11)排出；如果此时高温混凝土储热块(8)的温度仍高于水(12)的饱和温度，则通过循环水泵使水(12)在汽水分离母管(15)、放热循环管(6)和竖直放热管(9)中循环；竖直放热管(9)中的水(12)与高温混凝土储热块(8)进行强迫对流换热，吸收高温混凝土储热块(8)中的热量，温度升高最终变为饱和蒸汽(14)，并通过蒸汽出口管(11)排出；当高温混凝土储热块(8)的温度降低到水(12)的饱和温度以下时，储热器的放热过程结束。

Images