CN102853566A - 太阳能热动力系统中的储热装置及方法 - Google Patents

太阳能热动力系统中的储热装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种太阳能热动力系统中的储热装置及方法，储热装置由多块固体储热块堆叠而成，固体储热块内部设有空隙，相邻两块固体储热块之间也设有空隙，储热装置中的空隙供热介质流通，固体储热块与热介质直接接触进行热交换，固体储热块为耐高温储能复合材料、热介质为矿物型导热油，成本低廉、安全可靠，可被广泛应用于太阳能中高温热动力储热系统中。

Description

太阳能热动力系统中的储热装置及方法
技术领域
本发明涉及一种储热方法，尤其涉及一种太阳能热动力系统中的储热装置及方法。
背景技术
随着储热技术的进步，太阳能集热技术日趋成熟，将太阳能储存并转换成可利用的能源作为动力输出，供给大型工业加工生产已成为可能。
目前在太阳热储存中，技术最成熟、使用最为广泛的是显热储存。水和岩石的显热储热目前处于一个高度发达的阶段。在流体储热中，水作为储热介质，主要是用在居民的日常生活热水，及冬季主要用于供暖；油作为储热介质，有用于粘油储热的太阳能油库的采暖上；固体储热已在锅炉、电厂中得到应用。
现有技术中，将改性混凝土作为储热材料应用到太阳能发电厂中，此类储热混凝土储热系统中有换热管道，由于换热管与混凝土材料的膨胀系数不同，且在多次热循环过程中接触部分热应力集中，容易开裂。另外，该储热结构中储热块与热介质接触面积小，储热和取热速率低。
发明内容
本发明的目的是提供一种成本低廉、安全可靠的太阳能热动力系统中的储热装置及方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的太阳能热动力系统中的储热装置，由多块固体储热块堆叠而成，所述固体储热块内部设有空隙，相邻两块固体储热块之间也设有空隙；
所述固体储热块为耐高温储能复合材料，具体实施中可优选改性混凝土材料。
本发明的太阳能热动力系统中的储热方法，通过使用上述的太阳能热动力系统中的储热装置进行储热，所述储热装置中的空隙供热介质流通，所述固体储热块与热介质直接接触进行热交换，所述热介质为矿物型导热油；
在日照充足的条件下，高温热介质流经所述空隙，将多余热量传递给所述固体储热块，此时固体储热块进行吸热；
在日照不足的条件下，低温热介质流经所述空隙，吸收所述固体储热块内部的热量，此时固体储热块进行放热。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的太阳能热动力系统中的储热装置及方法，由多块固体储热块堆叠而成，固体储热块内部设有空隙，相邻两块固体储热块之间也设有空隙，储热装置中的空隙供热介质流通，固体储热块与热介质直接接触进行热交换，固体储热块为耐高温储能复合材料、热介质为矿物型导热油，成本低廉、安全可靠，可被广泛应用于太阳能中高温热动力储热系统中。
附图说明
图1为本发明实施例提供的太阳能热动力系统中的储热装置的结构示意图；
图2为本发明实施例中固体储热块的轴测图；
图3为本发明实施例中固体储热块的截面图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。
本发明的太阳能热动力系统中的储热装置，其较佳的具体实施方式是：
由多块固体储热块堆叠而成，所述固体储热块内部设有空隙，相邻两块固体储热块之间也设有空隙；
所述固体储热块为为耐高温储能复合材料，具体实施中可优选改性混凝土材料。
所述固体储热块的横截面的形状为圆形、多边形或异形。
所述固体储热块的横截面的形状回字形，包括内正方形环壁和外正方形环壁，所述内正方形环壁与外正方形环壁之间设有连接肋。
所述外正方形环壁的角部设有凸台。
本发明的太阳能热动力系统中的储热方法，其较佳的具体实施方式是：
通过上述的太阳能热动力系统中的储热装置进行储热，所述储热装置中的空隙供热介质流通，所述固体储热块与热介质直接接触进行热交换，所述热介质为矿物型导热油；
在日照充足的条件下，高温热介质流经所述空隙，将多余热量传递给所述固体储热块，此时固体储热块进行吸热；
在日照不足的条件下，低温热介质流经所述空隙，吸收所述固体储热块内部的热量，此时固体储热块进行放热。
本发明通过设计一种“积木式”固体结构，在系统储热量满足要求的基础上，通过改变材料占空比，可提高储热结构的热交换速率；在日照充足的条件下，热介质流经储热块中的空隙，将多余热量传递给储热块，此时储热块进行吸热；在日照不足的条件下，低温热介质流经储热块，吸收其内部的热量，此时储热块进行放热；该储热结构的填充材料无腐蚀性，成本低廉，安全可靠，可被广泛应用于太阳能中高温热动力储热系统中。
本发明中，固体储热结构中无换热管道，增加储热介质与传热介质的接触面积，同时避免两介质因膨胀系数不同引起热应力集中而破损；所述固体储热材料具有高比热，无腐蚀性且成本低廉，应用在太阳能中高温热动力储热系统中，能够保持系统运行安全可靠，制造成本低廉。
本发明的创新之处在于，将固体储热块有序堆叠在一起形成“积木式”的储热结构，该储热结构中无热交换管道，储热介质与传热介质直接接触进行热交换；对固体储热块设计了一定的形状和材料占空比，在系统储热量满足要求的基础上，可以通过改变材料的占空比提高储热结构的传热速率，同时，采用无腐蚀且成本低廉的储热复合材料，保持系统运行安全可靠。
具体实施例：
储热装置1的结构如图1所示，由多个形状规则的固体储热块2有序的堆叠而成，其中空部分及相互堆叠形成的空隙供热介质流通，该储热块与热介质直接接触进行热交换，无热交换管道。
如图2所示，固体储热块2优选方案：该储热块大小相同，外表面形状规则，横截面形状可为正四边形、六边形、八边形等多边形。
所述“积木式”固体储热块具有一定的形状和材料占空比，在储热量满足要求的基础上，通过改变材料的占空比，提高该储热结构的热交换速率。
所述固体储热块2的填充材料为高比热和导热的储能复合材料，优选为储热混凝土材料；所述储热混凝土材料为改性混凝土，储热密度大，膨胀性能低且具有抗油性；
优选地，按照耐热高温混凝土的配置方法预制该储热块2。
所述“积木式”固体储热装置1中无热交换管道，储热块与热介质直接接触进行换热，热介质在储热块及互相堆叠的空隙间流通，优选地热介质为矿物型导热油。
实施例说明所述中高温环境下使用的固体储热结构：
优选地，所述固体储热块2具体尺寸为200mm×200mm×200mm的立方体，外表面形状规则，横截面为“回”字形状如图3所示；
所述“积木式”固体储热装置1由尺寸相同的储热块2相互堆叠而成，该储热块2外表面之间直接接触，四周边缘通过高出外表面的“凸台3”对接；
所述一种利用“积木式”固体结构的储热方法中无热交换管道，储热块与热介质直接接触进行换热；通过设计该储热结构的形状和材料占空比，在系统储热量满足要求的基础上，通过改变材料占空比，可以提高储热结构的传热速率；所述储热结构采用储能复合材料填充，制作工艺简单；该储热材料无腐蚀性，安全可靠且具有较高比热容，应用在太阳能中高温储热系统，特别是提供大型工业热加工的太阳能热动力储热系统中，可有效提高热利用效率并降低成本。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种太阳能热动力系统中的储热装置，其特征在于，由多块固体储热块堆叠而成，所述固体储热块内部设有空隙，相邻两块固体储热块之间也设有空隙；
所述固体储热块为耐高温储能复合材料。
2.根据权利要求1所述的太阳能热动力系统中的储热装置，其特征在于，所述固体储热块的横截面的形状为圆形、多边形或异形。
3.根据权利要求1所述的太阳能热动力系统中的储热装置，其特征在于，所述固体储热块的横截面的形状回字形，包括内正方形环壁和外正方形环壁，所述内正方形环壁与外正方形环壁之间设有连接肋。
4.根据权利要求3所述的太阳能热动力系统中的储热装置，其特征在于，所述外正方形环壁的角部设有凸台。
5.一种太阳能热动力系统中的储热方法，其特征在于，通过权利要求1至4任一项所述的太阳能热动力系统中的储热装置进行储热，所述储热装置中的空隙供热介质流通，所述固体储热块与热介质直接接触进行热交换，所述热介质为矿物型导热油；
在日照充足的条件下，高温热介质流经所述空隙，将多余热量传递给所述固体储热块，此时固体储热块进行吸热；
在日照不足的条件下，低温热介质流经所述空隙，吸收所述固体储热块内部的热量，此时固体储热块进行放热。
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