CN103940119B - 一种单罐蓄能装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种单罐蓄能装置。所述装置包括蓄能罐罐体、蓄热工质泵、太阳能集热器、传热介质出口、传热介质入口；所述传热介质出口、传热介质入口设在所述蓄能罐罐体上，所述传热介质入口与太阳能集热器连接，所述传热介质出口与蓄热工质泵连接；所述蓄热工质泵与太阳能集热器连接；在所述蓄能罐罐体内设有隔板，所述隔板为绝热圆柱套管；在所述隔板外设有盘管换热器；在所述蓄能罐罐体上还设有释能介质入口、释能介质出口，其中所述释能介质入口在所述释能介质出口下方；在所述释能介质入口与释能介质出口之间还连接有能量利用装置。本发明结构简单紧凑，使用方便；且制造成本低；工作温区范围宽。

Description

一种单罐蓄能装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及太阳能热发电蓄热技术领域，特别涉及一种太阳能单罐蓄能装置及其使用方法。

背景技术

能源紧缺及环境污染已成为制约我国经济发展的瓶颈，尤其是雾霾的出现，更是推进了我国发展可再生能源的进程。太阳能热发电技术作为一种新的可再生能源利用方式，近年来得到了快速的发展。太阳能昼夜产生的间歇性及气候影响产生的波动性，使得蓄热成为太阳能热发电技术的关键环节。蓄热介质作为一种新的蓄热、蓄热介质，目前在高温太阳能热发电装置中得到了广泛应用，且成功使用。目前的太阳能热发电装置多采用两个“冷”、热盐罐进行蓄能，太阳能辐照较好时，通过太阳能集热器将多余的太阳热能储存在热盐罐中，没有太阳能时，将热盐罐中蓄热介质抽出与释能介质换热，释能后的“冷”盐储存在冷盐罐中。双罐蓄能已被证实可行并成功应用在实际商业电站中,但双罐蓄能成本较高。为确保电站安全运行，每一个蓄能罐被做成能够容纳整个电站蓄热介质总量的体积，而电站实际运行时，在同一时间，每一个盐罐的实际蓄热介质储量从未超过熔盐罐体积的一半，导致很大的浪费，同时造成电站投资费用和运营费的增加。为了降低太阳能热发电成本，同时便于运营管理，人们提出斜温罐的概念，在储罐内布置廉价的石英砂等介质，让高温熔盐流过储能罐形成温度分层，实现蓄能和释能，单罐斜温蓄能装置已被证明：与双罐装置相比，其能量储存成本可以降低35％。但如何控制并有效利用因密度差而形成的热分层是单罐蓄能需要解决的关键和难点，目前此问题还未被有效解决。寻求廉价而有效的蓄能方法一直是人们研究太阳能热发电技术的焦点。

发明内容

本发明的目的在于提出一种简单的单罐蓄能、释能装置，以满足太阳能热发电的技术要求，并大幅度降低蓄能成本。

为实现上述目的，本发明提供一种单罐蓄能装置，包括蓄能罐罐体、蓄热工质泵、太阳能集热器、传热介质出口、传热介质入口；

所述传热介质出口、传热介质入口设在所述蓄能罐罐体上，所述传热介质通过管路与太阳能集热器连接，所述传热介质出口通过管路与蓄热工质泵连接；所述蓄热工质泵与太阳能集热器管路连接；

在所述蓄能罐罐体内上设有隔板，所述隔板为绝热的圆柱套管，固定在蓄能罐罐体的中央；在所述隔板上部套有盘管换热器；

在所述蓄能罐罐体上还设有释能介质入口、释能介质出口，其中所述释能介质入口在所述释能介质出口下方；所述释能介质入口在蓄能罐罐体的罐内与释能盘管换热器相连，在蓄能罐罐体的罐外与能量利用装置相连；

进一步的，还包括设在蓄能罐罐体底部的浸没式螺旋换热器。

进一步的，所述蓄能罐罐体内的上半部分还固定有使传热介质均匀流向蓄能罐底部的分流器。

进一步的，所述能量利用装置选自传统的热电转换装置、常规建筑物供暖装置中的任意一种。

一种单罐蓄能装置，包括蓄能罐罐体、蓄热工质泵、太阳能集热器、传热介质出口、传热介质入口；

所述传热介质出口、传热介质入口设在所述蓄能罐罐体上，所述传热介质通过管路与太阳能集热器连接，所述传热介质出口通过管路与蓄热工质泵连接；所述蓄热工质泵与太阳能集热器管路连接；

在所述蓄能罐罐体内设有隔板，所述隔板为活动绝热板；

在所述蓄能罐罐体上还设有低温传热介质入口、高温传热介质出口，在所述低温传热介质入口与高温传热介质出口之间还连接有盘管换热器；在盘管换热器与高温传热介质出口之间还连接有蓄热工质泵A；在盘管换热器的顶部和底部分别设有释能介质出口和释能介质入口。

所述能量利用装置选自传统的热电转换装置、常规建筑物供暖装置中的任意一种。

本发明中传热介质与释能介质可以相同，也可以不同，选自是水、空气、熔融盐或其他导热油等。

单罐蓄能装置的使用方法，包括蓄能阶段和释能阶段，具体为：

(1)蓄能阶段：将传热介质从传热介质入口加入蓄能罐罐体，高温传热介质从蓄能罐顶部向底部移动，推动蓄能罐内低温传热介质向底部移动，直到整个蓄能罐内充满了高温传热介质，蓄能结束；

(2)释能阶段：低温释能介质从释能介质入口进入蓄能罐内，与高温传热介质交换热量，温度升高，升温后的高温释能介质从释能介质出口排出。

本发明的有益效果在于：

(1)单罐蓄能释能装置结构简单、紧凑，使用方便。

(2)单罐蓄能装置制造成本较低。与双罐蓄能相比，只有一个储罐使得其制造成本降低。同时单罐蓄能释能装置，装置运行过程简单，维护成本降低。

(3)工作温区范围宽广。根据实际蓄能温度需求，选择合适熔点和使用范围的传热介质作为蓄能材料，使得单罐蓄能、释能过程中罐内传热介质处于较高的温度范围，减小了蓄能罐的大小，同时达到了较好的蓄能、释能效果。

附图说明

图1为实施例1的结构示意图；

图2为实施例1中介质的流动方向；

图3为实施例1中分配器结构示意图；

图4为实施例1中隔板结构示意图；

图5为实施例2的结构示意图；

图6为实施例3的结构示意图；

图7为实施例3中蓄能罐罐体的顶部结构示意图；

图8为实施例3中蓄能罐罐体的底部结构示意图。

主要元件符号说明如下：

1-蓄能罐罐体；2-隔板；3-分流器；4-传热介质入口；5-传热介质出口；6-释能介质入口；7-释能介质出口；8-盘管换热器；9-蓄热工质泵；10-太阳能集热器；11-浸没式螺旋换热器；12-能量利用装置；13-高温传热介质出口；14-低温传热介质入口；15-蓄热工质泵A

具体实施方式

下面结合实施例及附图随本发明做进一步详细描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

如图1所示的单罐蓄能装置，包括蓄能罐罐体1、蓄热工质泵9、太阳能集热器10、传热介质出口5、传热介质入口4；

所述传热介质出口5、传热介质入口4设在所述蓄能罐罐体1上，所述传热介质入口4通过管路与太阳能集热器10连接，所述传热介质出口5通过管路与蓄热工质泵9连接；所述蓄热工质泵9与太阳能集热器10管路连接；

在所述蓄能罐罐体1内设有隔板2，如图4所示，所述隔板2为中间抽真空的圆柱套管，固定在蓄能罐罐体的中央，所述圆柱套管的底部与蓄能罐罐体1不完全接触，以形成蓄能罐内介质流动的通道，此通道可以是矩形，方形、圆形、半圆；在所述隔板2上套有盘管换热器8；

在所述蓄能罐罐体1上还设有释能介质入口6、释能介质出口7，其中所述释能介质入口6在所述释能介质出口7下方；在所述释能介质入口6与释能介质出口7之间还串联有能量利用装置12；

所述蓄能罐罐体1内的上半部分还固定有使传热介质均匀流向蓄能罐底部的分流器3，分流器3的结构如图3所示，其形式不局限于此，其目的是使来自传热介质入口4的高温传热介质均匀地从蓄能罐顶部流向蓄能罐底部。

优选的，所述能量利用装置选自传统的热电转换装置、常规建筑物供暖装置中的任意一种。

本实施例中传热介质同时为蓄热介质，都为熔融盐，释能介质为水蒸汽。

白天，来自太阳能集热器10的高温传热介质通过传热介质入口4，进入蓄能罐罐体1，在分流器3的作用下，高温传热介质均匀的从蓄能罐罐顶向下流动，推动罐内低温传热介质从罐底传热介质出口5流出，在蓄热工质泵9的作用下，低温传热介质被泵入太阳能集热器10内被加热。此过程一直持续到整个蓄能罐罐体1内全部为高温传热介质时结束，此时整个蓄能罐内为高温传热介质，蓄能过程完成。

晚上，没有太阳辐照时，将罐内高温传热介质储存的能量释放出去供外部发电。释能过程，低温释能介质从释能介质入口6进入蓄能罐罐体1中的盘管换热器8与周围的传热介质进行热量交换，温度升高，升温后的介质从释能介质出口7流出，完成释能过程。在释能过程中，由于盘管换热器8内的释能介质与储存在蓄能罐罐体1中的高温传热介质交换热量，盘管换热器8周围传热介质温度降低，沿蓄能罐与隔板2形成的环形通道向下运动，驱动下部高温传热介质沿隔板2的中心向上流动，高温传热介质从上部流入环形通道，这样在盘管换热器8周围的传热介质会长时间保持高温，提高了蓄热介质的释能效率。图2中箭头为释能过程中蓄能罐内传热介质的流动方向。

实施例2：

当传热介质与蓄能介质不同时，在蓄能过程中需要在蓄能罐底部布置浸没式螺旋换热器11，如图5所示。白天太阳辐射时，来自太阳能集热器10的高温传热介质通过传热介质入口4进入蓄能罐内，将高温传热介质的热量通过浸没式螺旋换热器11传递给蓄能罐内的低温蓄热介质，释能后的低温传热介质通过传热介质出口5流出蓄能罐罐体1，通过传热工质泵9将释能后的低温传热介质泵至太阳能集热器10，如此循环，将太阳能的热量储存在蓄能罐罐体1内。在蓄能罐内由于盘管换热器8周围的蓄热介质被加热，其密度降低，浮升力的作用下使高温蓄热介质向上流动，底部周围的低温蓄热介质向浸没式螺旋换热器11周围补充，不断被加热，这样，蓄能过程中，罐内蓄热介质的流动方向如图中虚线箭头所示。整个蓄能过程持续到罐内蓄热介质温度与蓄热介质温度接近为止。

在晚上，没有太阳辐照时，利用储存在蓄能罐内的热量向外供能，释能过程与实施例1一样。在此实施例中，传热介质为高温空气，蓄热介质为熔融盐。

实施例3：13-高温传热介质出口；14-低温传热介质入口

此实施例与实施例1相似，不同之处如下：隔板2为绝热隔板，所述绝热隔板可以在蓄能罐内上下移动，蓄能开始时，绝热隔板位于蓄能罐的顶部，蓄能罐的底部全部为低温传热介质；在所述蓄能罐罐体1顶部还设有传热介质入口4和高温传热介质出口13，如图7所示，在蓄能罐体底部设有传热介质出口5和低温传热介质入口14，如图8所示；在所述低温传热介质入口14与高温传热介质出口13之间连接有盘管换热器8；在盘管换热器8的顶部和底部分别设有释能介质出口7和释能介质入口6。

其中所述释能介质入口6在所述释能介质出口7下方；在所述释能介质入口6与释能介质出口7之间还串联有能量利用装置12。

所述能量利用装置选自传统的热电转换装置、常规建筑物供暖装置中的任意一种。

白天太阳辐射下，来自太阳能集热器10的高温传热介质，由传热介质入口4进入蓄能罐内，在重力的作用，推动绝热板向下运动，将低温蓄热介质从传热介质出口5排出，由蓄热工质泵9将蓄热工质泵入太阳能集热器10。如此过程，直至整个蓄能罐内全部为高温传热介质为止，此时绝热板位于蓄能罐的底部，蓄能结束。

没有太阳辐照时，利用蓄热工质泵A15将高温传热介质从高温传热介质出口13抽出经管道流入盘管换热器8，释能介质从释能介质入口6进入盘管换热器8，在盘管换热器8内交换热量，温度降低后的低温传热介质再次从低温传热介质入口14流回蓄能罐底部，同时推动绝热板向上运动，如此循环，直至整个蓄能罐内的高温传热介质全部被排除，绝热板到达蓄能罐顶部为止，而交换热量后温度升高的高温释能介质从释能介质出口7出去，被利用起来。在此实施例中，高温传热介质和蓄热介质相同，同为熔融盐或导热油，释能介质可以为空气或水。

惟以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，举凡熟悉此项技艺的专业人士。在了解本发明的技术手段之后，自然能依据实际的需要，在本发明的教导下加以变化。因此凡依本发明申请专利范围所作的同等变化与修饰，曾应仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (4)

1.一种单罐蓄能装置，其特征在于，包括蓄能罐罐体、蓄热工质泵、太阳能集热器、传热介质出口、传热介质入口；

所述传热介质出口、传热介质入口设在所述蓄能罐罐体上，所述传热介质入口通过管路与太阳能集热器连接，所述传热介质出口通过管路与蓄热工质泵连接；所述蓄热工质泵与太阳能集热器管路连接；

在所述蓄能罐罐体内设有隔板，所述隔板为绝热圆柱套管，固定在蓄能罐罐体的中央；在所述隔板上部套有盘管换热器；

在所述蓄能罐罐体上还设有释能介质入口、释能介质出口，其中所述释能介质入口在所述释能介质出口下方；所述释能介质入口在蓄能罐罐体的罐内与盘管换热器相连，在蓄能罐罐体的罐外与能量利用装置相连。

2.如权利要求1所述的单罐蓄能装置，其特征在于，还包括设在蓄能罐罐体底部的浸没式螺旋换热器。

3.如权利要求1所述的单罐蓄能装置，其特征在于，所述蓄能罐罐体内的上半部分还固定有使传热介质均匀流向蓄能罐底部的分流器。

4.如权利要求1所述的单罐蓄能装置，其特征在于，所述能量利用装置选自传统的热电转换装置、常规建筑物供暖装置中的任意一种。