CN104344756A - 一种新型光热电站储热装置 - Google Patents

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钱弢
徐忠
邓平
王皓天
陆志平
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Abstract

本发明公开了一种新型光热电站储热装置，包括储热装置和至少两个换热装置，储热装置包括高温混凝土、保温板、保温箱，换热装置包括进口阀、进口管、换热管、出口管、出口阀，换热管设置在储热装置两端，进口管和出口管分别设置在设置在两端的换热管上，进口管和出口管上分别设置有进口阀和出口阀，用于热量转换。本发明整个结构简单，模块化、成本低、无毒无污染、易制造成大规模的储热系统，热容量大、热导率高、储热速度快、化学性能稳定、放热性能稳定。

Description

一种新型光热电站储热装置
 
技术领域
本发明涉及一种储热装置，特别是一种新型光热电站储热装置。
背景技术
太阳能光热电站是继太阳能光伏电站后的一种新的太阳能利用形式，它是通过集热器将太阳光中的热量聚集起来，然后用导热介质将热量置换出来并产生高温高压水蒸气，推动汽轮机发电。
储热装置是光热电站中重要组成部分，它是将白天集热器聚集的过多热量存储起来，在阴雨天或晚上无太阳能热时将热量释放出来，保证高温高压水蒸气连续供应，汽轮机24小时工作发电。 
    目前，太阳能储热有三种形式，显热储热、相变储热、化学反应储热，且都处于试验阶段。显热储热是利用材料本身的比热进行储热，材料热容大、成本低、热导率高、化学性能稳定，但放热过程温度不温度；相变储热是利用材料相变时的热效应进行储热，材料储热密度大、温度高、热温度性好，但导热率低、成本高、有毒、对容器有腐蚀、容器难加工；化学反应储热是利用材料化学反应时的热效应进行储热，热循环效率低、运行和维护费用高、难以形成大规模的储热系统。
发明内容
发明目的：提供一种新型光热电站储热装置，结构简单模块化、成本低、无毒无污染、易制造成大规模的储热系统，热容量大、热导率高、化学性能稳定、放热性能稳定。
技术方案：本发明提供以下技术方案：一种新型光热电站储热装置，包括储热装置和换热装置；储热装置包括高温混凝土、保温板和保温箱；换热装置包括进口阀、进口管、换热管、出口管和出口阀。
作为优化，所述高温混凝土为条状，长度可以随意模块化变化。
作为优化，所述换热管采用独特的蛇形肋片和六边形模块布置设计。
工作原理：当光热电站热富余时，阀门打开，传热介质如导热油流经光热电站储热装置中换热管，将高温热量传递到高温混凝土存储起来，高温混凝土热饱和阀门自动关闭；当在晚上或阴雨等需要热量的时，阀门再次打开，冷的导热油流经换热管将高温混凝土存储的高热量置换出来产生高温高压水蒸气，供汽轮机工作发电。
有益效果：本发明与现有技术相比：采用高温混凝土作为储热材料，有着储热量大、传热率高、造价低、温度性能稳定、无腐蚀和凝固结冻等特点；采用换热管作为换热装置，是高温混凝土和导热介质的交换装置，其采用独特的蛇形肋片和六边形模块布置设计，具有高的热置换能力；采用保温箱是对高温混凝土进行保温，减少其与环境热辐射。本发明整个结构简单模块化、成本低、无毒无污染、易制造成大规模的储热系统，热容量大、热导率高、储热速度快、化学性能稳定、放热性能稳定。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明换热管的结构详图及储热装置的断面结构详图。
具体实施方式
如附图1和附图2所示一种新型光热电站储热装置，包括储热装置和换热装置；储热装置包括高温混凝土、保温板和保温箱；换热装置包括进口阀、进口管、换热管、出口管和出口阀。
整个工作过程如下，当太阳能光热电站热富余时，控制器进口阀21、出口阀25打开，高温传热介质如导热油流进进口管22，进口管22为一总管，它通过法兰或焊接一端与进口阀21连接、另一端与换热管23连接；再流经每根换热管23，它采用钢管，管内外壁面保持光滑，表面焊有薄壁金属蛇形肋片，金属蛇形肋片起加强换热效率和加强混凝土强度的作用，整根管埋在高温混凝土中；高温导热油将热量传递给高温混凝土，达到热平衡后流出出口管24、出口阀25；高温混凝土主要采用矿渣水泥（密度2960kg/m3,350°C时比热为980J/kg.K，热导率为1.5W/m.k),里面均匀添加5%的石墨或铝基金属微粒，经模拟得高温混凝土的热导率提高至2.5W/m.k，350°C时比热为1700J/kg.K，耐火度1000°C，存储温度达到400°C以上，这是由于石墨或铝基金属微粒是以弥散态存在，可大致认为此时的混凝土热导各向同向，而在传热中可认为热导各向异性，在半径方向热导率最大，与储热热流方向一致，石墨或铝基金属微粒导热性能得到充分利用；高温混凝土11外面覆盖有保温板12、保温箱13，减少高温混凝土11与环境的热辐射，保温板12采用硅酸铝板等保温材料，保温箱13为双层真空保温薄壁箱，内壁有加强筋支撑；出口管24通过法兰或焊接一端与换热管23连接、另一端与出口阀25连接。当在晚上或阴雨等需要热量的时，进口阀21、出口阀25打开再次打开，低温导热油流经换热管23，将存储在高温混凝土11中的热量置换出来，变成高温导热油，然后换热成高温高压水蒸气，驱动汽轮机工作发电。
换热管23错开布置在高温混凝土11中，每根换热管23与四周的高温混凝土11形成一个正六边形单元，每根金属肋片朝向正六边形的六个顶点。由于金属肋片的热导率远大于混凝土的热导率，且温差很小，此结构布置经模拟得热导率达到5.6W/m.k；经数百次充放热循环后换热管23与高温混凝土11结合良好。
该装置中的高温混凝土为条状，长度可以随意模块化变化，具体根据光热电站储热换热量设计而得。整个结构简单模块化、成本低、无毒无污染、易制造成大规模的储热系统，热容量大、热导率高、储热速度快、化学性能稳定、放热性能稳定。

Claims (3)

1.一种新型光热电站储热装置，其特征在于：包括储热装置（1）和换热装置（2）；储热装置（1）包括高温混凝土（11）、保温板（12）和保温箱（13）；换热装置2包括进口阀（21）、进口管（22）、换热管（23）、出口管（24）和出口阀（25）。
2.根据权利要求1所述的新型光热电站储热装置，其特征在于：所述高温混凝土（11）为条状，长度可以随意模块化变化。
3.根据权利要求2所述的新型光热电站储热装置，其特征在于：所述换热管（23）采用独特的蛇形肋片和六边形模块布置设计。
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